Proiectarea Unui Cuptor Tunel Pentru Arderea a Ii a a Produselor Fasonate de Faianța de Menaj cu O Productivitate de 5500 T An

CUPRINS

Pg.

Cap.I Memoriu tehnic 2

I.1.Introducere. Scurt istoric 3

I.2.Faianța de menaj: clasificare, proprietăți 6

I.3.Materii prime 10

I.4.Proces tehnologic 22

I.5.Proces tehnologic clasic 23

I.6.Umflarea întârziată sub acțiune umidității 32

I.7.Fasonarea faianței de menaj pe cale plastică 33

I.8.Fasonarea faianței de menaj prin presare 38

Cap.II II.1.Parte experimentală. Introducere 41

II.2.Condiții expermentale 42

II.3.Rezultate și discuții 45

Cap.III Memoriu justificativ 54

III.1.Alegerea și justificarea fluxului tehnologic 55

III.2.Descrierea fluxului tehnologic 57

III.3.Condiții impuse materiilor prime 60

III.4.Bilanț de materiale 62

III.5.Încadrarea fluxului tehnologic cu utilaje 69

III.6.Dimensionarea termo-tehnologică a cuptorului 74 III.7.Controlul fabricației 99 III.8.Măsuri de tehnică și securitate a muncii 100

BIBLIOGRAFIE 102

=== format ===

FAIANTA DE MENAJ

Proiectarea unui cuptor tunel pentru arderea a II-a a produselor fasonate de faianța de menaj cu o productivitate de 5500 t/an.

Cap.I. MEMORIU TEHNIC

I.1.Introducere. Scurt istoric.

In zilele noastre industria ceramicii prezintă o foarte mare diversitate, ea producând pe lângă produse de uz casnic sau obiecte de arta si o mare varietate de materiale de construcții si piese tehnice, de o deosebita complexitate. Practic, materialele ceramice au pătruns in toate ramurile industriale, înlocuind cu succes alte materiale.

Originea ceramicii se pierde in preistorie ea făcând parte din primele invenții ale omului. Ceramica s-a dezvoltat în permanență, odată cu dezvoltarea societății omenești. Astăzi, practic nu există domenii în care ceramica să nu-și găsească utilizare. Importanța ceramicii și posibilitățile pe care le oferă se datoresc existenței nelimitate a materiilor prime, abundenței silicaților și a altor materii prime asemănătoare, din scoarța terestră.

În fiecare epocă, ceramica a fost prezentă și, adeseori, arheologii recurg la ciobul de ceramică pentru a delimita perioada istorică. Ceramica neagră și ceramica de Cucuteni, la noi în țară, ceramica glazurată de la porțile Babilonului sau în vechiul Egipt sunt repere cronologice pentru istoria veche a omenirii. Ceramica a căpătat o transparență și noi valențe artistice in China, odată cu realizarea porțelanului. Prin Coreea porțelanul a pătruns in Japonia; în timpul lui Marco-Polo a ajuns în Europa. Renașterea Italiană a deschis gustul pentru frumos și științe. La florența în Italia, apoi în St-Cloud în Franța, la Meissen în Germania, la Viena, Petrograd, Sevres, se extind manufacturi de porțelan. În Anglia secolului XVIII se realizează porțelanul fosfatic. În 1805, la Batiz-Hunedoara se fabrică porțelan și în România. În secolul XIX cerințele pentru temperaturile înalte din metalurgie aduc realizări in domeniul refractarelor. Începutul secolului XX- prin dezvoltarea electricității și radiofoniei- marchează interesul pentru proprietățile electrice ale porțelanului și maselor ceramice. Ceramica de rutil revoluționează în anii *20 ai secolului nostru domeniul dielectricilor pentru condensatoare; în anii *30 se întreprind cercetările de laborator privind feritele ceramice, iar în anii *40 se descoperă ceramica feroelectrică. Domeniul ceramicii tradiționale face loc din ce în ce mai mult materialelor și produselor din oxizi puri, de sinteză. Îndeosebi în cea de a doua jumătate a secolului nostru, tehnologia ceramicii și refractarelor își fundamentează științific operațiile și procesele care intervin în realizarea produselor.

Sunt cercetate procesele fizice si chimice, sinterizarea și vitrificarea, reacțiile în fază solidă, se corelează structura cu proprietățile materialelor, se obțin noi materiale și produse. Între 1950 și 1980 ceramica și refractarele pătrund în cele mai diferite domenii, de la construcții de mașini la electronică, tehnică nucleară, tehnică spațială și medicină. Alături de ceramică și refractare oxidice, apar materialele neoxidice.

Ceramica și refractarele formează în prezent un domeniu de activitate independent, cu tehnologii și industrii bine conturate, cu activitate de cercetare științifică proprie, în institute de învățământ superior și departamentale, în laboratoare și întreprinderi. Alături de domeniile lianților minerali și de domeniul sticlei, domeniul ceramicii și refractarelor constitue o componentă importantă a industriei de silicați tehnici și compuși oxidici. În țara noastră această industrie este reprezentată prin întreprinderi de porțelan și ceramică fină, întreprinderi de ceramică brută pentru construcții, întreprinderi de materiale și produse refractare, ca și prin întreprinderi de electroceramică, de ceramică magnetică sau ceramică pentru electronică. Atât pentru producție, cât și pentru cercetare sunt formați ingineri specialiști în instituții de învățământ superior din București, Timișoara, Cluj și Iași.

Noțiunea de ceramică a evoluat mult, folosindu-se criterii și modalități de cuprindere diferite; în consecință, delimitările utilizate pentru pentru materialele ceramice pot fi, în anumite privințe, fie incomplete fie insuficient conturate și trebuie privite cu rezerva necesară. În înțelesul actual, materialele ceramice sunt o clasă de solide anorganice, nemetalice, obținute la temperaturi înalte, la care are loc sinterizarea, vitrifierea sau topirea lor. Natura materialului ceramic sau compoziția lui chimico-mineralogică și arderea, respectiv procesul termic complex de trasformări chimice și fizice în sisteme eterogene, sunt factorii principali care îl definesc.

După natura materiilor prime și destinația produselor există:

-ceramica tradițională, bazată pe materii prime naturale și utilizări convenționale ( teracotă, faianță, gresie, porțelan, refractare obișnuite etc. );

-ceramica tehnică, bazată pe materii prime de puritate înaltă, oxidice sau neoxidice și cu funcție de utilizare în domenii de utilizare cum sunt construcțiile de mașini, electronica, tehnica nucleară, tehnica medicală, tehnologia spațială s.a.

După microstructură, există materiale monocristaline și policristaline.

Materialele policristaline pot fi, după compoziția chimică, mono și poli fazice sau multifazice, iar după textură, dense și lipsite de porozitate sau poroase.

După compoziția chimică, materialele și produsele pot fi oxidice sau neoxidice. Ceramicile oxidice pot fi mase silicatice sau nesilicatice. Ceramicile neoxidice pot fi de carburi, azoturi, siliciuri, din carbon sau grafit etc. În ultima perioadă de timp cercetările sa-u dezvoltat către realizarea de compoziții chimice mixte de tipul oxiazoturi, oxicarburi, carboazoturi etc.

O categorie importantă de materiale o formează compozitele ceramice. Există, astfel, compozite din masă ceramică cu fibre de metal și din fibre ceramice în matrice metalică. Constituentul asociat ceramului în realizarea compozitelor ceramice poate fi un material metalic sau nemetalic cu proprietăți complementare față de materialul ceramic.

După proprietăți există materiale ceramice care se remarcă prin proprietăți mecanice deosebite ( materiale abrazive, plăcuțe dure pentru așchierea metalelor, ceramică pentru motoare termice etc.), materialele ceramice cu proprietăți electrice utilizate în industria electrotehnică și electronică, materialele ceramice cu proprietăți magnetice (feritele ceramice) materiale rezistente la radiații și combustibili ceramici nucleari etc. [1]

I.2. Faianța de menaj -proprietați, compoziție

Prin denumirea de faianța se înțeleg produsele ceramice poroase de culoare alba, acoperite cu smalt transparent.

In faianța, granulele de substanța argiloasa deshidratata si de cuarț sunt cimentate in suprafețele de contact cu o cantitate mica de topitura, care se obține in urma reacției dintre substanțele ușor fuzibile cu argila, caolinul si cuarțul.

Faianța diferă de porțelan prin porozitatea mai mare, care se caracterizează prin absorbție de apa de 9-12% ; porozitatea determina proprietățile tehnice principale ale faianței. Materialul poros de faianța este permeabil la apa si la gaze, prin absorbția lichidelor se impurifica ușor si de aceea nu poate fi folosit in tehnica sau pentru uz casnic fără a fi acoperit cu un strat compact de smalt. O excepție constituie produsele folosite pentru filtrarea lichidelor si gazelor.

Spre deosebire de fabricarea porțelanului, faianța se arde întâi ca biscuit la o temperatura de 1250-12800C ; apoi se smălțuiește cu smalturi ușor fuzibile, in special de bor si plumb, si se arde final cu smalt la temperatura mai joasa de 1050-11500C.

Compoziția moleculara a celor mai răspândite tipuri de faianța se exprima prin următoarea formula Seger:

0.20 – 0.24 CaO

0.18 – 0.23 MgO 9.1 – 11.0 Al2O3 47.1 – 56.7 SiO2

0.30 – 0.50 K2O 0.1 – 0.2 Fe2O3 0.4 – 0.5 TiO2

0.15 – 0.20 Na2O

Compoziția masei de faianța este :

Argila plastica : 30 – 35 %

Caolin : 30 – 35 %

Cuarț sau nisip de curat : 31 – 36 %

Feldspat : 2 – 5 %

-feldspatul poate lipsi daca argilele conțin fondanți in cantități suficiente pentru obținerea unui produs rezistent la arderea pana la 1250-12800C.

O importanta hotărâtoare pentru durata de serviciu a faianței si pentru proprietățile igienice si decorative ale acesteia au rezistenta mecanica si stabilitatea

chimica a smaltului, precum si proprietatea smaltului de a rezista la dilatarea termica si compresiune, fără fisurare si desprindere.

Din punct de vedere al compoziției, principalele categorii de faianță sunt:

1.Faianță silicioasă, care este constituită predominant din componente silicioase (nisipuri cuarțuase, cuarț măcinat) legate la ardere prin mici cantități de lianți calcaroși (calcar, cretă, var, dolomit) sau alcalini (frite alcaline etc).Este utilizată rar, se utilizează în scopuri decorative și pentru ceramica filtrantă.

2.Faianță argiloasă, constituită din argile și caolinuri care deseori depășesc 50% din compoziția maselor, alături de componente degresante pentru reglarea proprietăților în stare nearsă și de adausuri liante auxiliare la ardere. În funcție de natura acestor adausuri deosebim:

2.1 Faianțe feldspatice (tari) în a căror compoziție intră și 5-10% feldspat care constituie un fondant la ardere pe lângă componentele fondante ale caolinurilor și argilelor utilizate. Compoziția lor generală poate fi exprimată prin formula Seger:

Formula. 0,20—0,24 Ca O 9-11 Al2O3 47,1-56,7 SiO2

0,18–0,23 MgO 0,1-0,9 Fe2O3 0,4-0,5 TiO2

0,3—0,5 K2O

0,15—0,20 Na2O

Faianțele feldspatice necesită temperatură de ardere mai ridicată (12300-12800C) pentru ca feldspatul să poată manifesta rolul său fondant, rezistențele mecanice cele mai ridicate și cea mai bună inerție chimică dintre masele de faianță.

2.2 Faianțele calcaroase (moi) folosesc drept componente liante auxiliare de temperatură ridicată, materii prime care introduc CaO, MgO, cum sunt : calcare, marmura , creta , dolomita, etc.

Acestea participă la formarea fazei lichide și la formarea unor constituenți cristalini, care contribuie la rezistențele mecanice. Datorită temperaturi lor de ardere mai joasă (1020-10800C) și porozităților mai mari, rezistențele sunt mai reduse decât cele feldspatice, dar suficiente pentru utilizare. La avantajele economice reprezentate de temperaturile mai scăzute de ardere și de facilitățile de decor se adaugă faptul că dacă oxizii alcalino-pământoși se introduc într-o formă care nu se degajă gaze la ardere si nu prezintă variații sensibile de volum, (ex.wollastonit sau unele zguri) masele de faianță calcaroasă (numite uneori și silico-calcare) pot fi foarte potrivite

pentru liniile automate în flux cu ardere rapidă. Rezistența la umiditate a faianțelor bine arse este foarte bună.

Faianțele care conțin atât CaO cât și MgO au proprietăți mai bune decât cele exclusiv calcaroase . Compoziția generală a faianțelor calcaroase poate fi exprimată prin formula Seger:

0,7-0,9 CaO+MgO 1-2,5 Al2O3 3,5-10 SiO2

0,3-0,1 K2O+Na2O

Temperaturile de ardere sunt mai frecvent între 1000-10800C.

3.Faianțele mixte utilizează atât adaosuri de componente feldspatice cât si calcaroase.

4.Faianțele de sticlă utilizează în compoziția lor drept fondanți, cantități de 15-35% cioburi de sticlă măcinate. Temperaturile de ardere sunt relativ joase 850-9500C.

Compozițiile orientative în materii prime, pentru principalele tipuri de faianță sunt prezentate în tabel:

Având în vedere importanța caracteristicilor materiilor prime utilizate este recomandabil să se verifice experimental funcție de temperatura de ardere, rezistența mecanică și rezistența la umflare a compozițiilor elaborate.[2]

Proprietățile faianței de menaj:

1. Porozitatea faianțelor este mai mare de 8%, limita sa maximă fiind de 25%, mai mică în cazul faianțelor feldspatice (max. 14%). Porozitatea faianțelor este o porozitate deschisă.

2. Permeabilitatea este consecința porozității lor. Ciobul de faianță neglazurat, urmare a porozității sale mari și a caracterului deschis al porilor este permeabil la lichide și gaze. Pentru ca efectul de impermeabilizare al glazuri să fie eficient, se impune asigurarea continuității sale de acoperire, evitarea defectelor de harisare și

exfoliere a glazurii.

3. Acordul masă glazură. În scopul realizării unui bun acord între masă și glazură, este necesar să se acționeze corespunzător asupra factorilor care pot crea tensiuni în glazură. Acești factori sunt:

– coeficienții de dilatarea masei și a glazurii ;

– viteza de răcire a produselor ;

– grosimea relativă a stratului de glazură ;

– modulul de elasticitate ;

Dintre factorii amintiți dilatarea influențează în mod hotărâtor valoric tensiunile în produse, asupra cărora trebuie să se acționeze. Dilatarea maselor ceramice este consecința naturii constituenților masei și a glazurii, granulația masei, tratamentul termic, transformările de ordin evolutiv (fenomenele de “îmbătrânire” ce au loc în produsele de faianță ca urmare a porozității lor avansate și a tendinței lor de umflare ca urmare a absorbției de apă).

4.Temperatura finală de ardere a produselor de faianță este inferioară celei a porțelanului și gresiei, ne fiind necesară vitrificarea completă. Arderea biscuitului se realizează la 900-12000C, temperatura de ardere după glazurare este mai mică sau cel mult egală cu cea folosită la arderea biscuit (și are ca scop topirea și întinderea glazurii pe ciob) în funcție de fuzibilitatea glazurii.

Arderea produselor de faianță se poate realiza și într-o singură etapă, când au loc atât formarea ciobului cât și topirea glazurii.

5.Culoarea masei de faianță fină este albă, cu nuanță gălbuie, agreabilă; In cazul faianțelor comune culoarea ciobului este roșiatică de nuanțe diferite în funcție de conținutul de Fe2O3. Masele de faianță prezintă o opacitate completă în opoziție cu transluciditatea porțelanului. În spărtură faianța este pământoasă, mată, față de luciul caracteristic porțelanurilor și gresiilor.

6.Rezistența mecanică este cu atât mai redusă cu cât proporția de fază vitroasă este mai redusă. Glazura contribuie mult la creșterea rezistențelor mecanice. Rezistența la compresiune a faianțelor calcaroase este de 450-700 daN/cm2, iar a celor feldspatice de 800-1000 daN/cm2. Sub aceste valori se plasează rezistențele mecanice ale faianțelor șamot și a celor comune.

7.Luciul și duritatea glazurii conferă produselor rezistenta la uzură și un aspect plăcut.[1]

I.3. Materii prime la obținerea produselor de faianța de menaj

Prepararea masei :

In industria ceramicii fine se folosesc mase de trei tipuri : paste plastice, barbotine si amestecuri pulverulente semiuscate.

Din paste plastice se fasonează vesela de porțelan, de faianța, de ceramica vitrifiată, izolatori, tuburi si alte produse tehnice.

Amestecurile pulverulente semiuscate se folosesc la procedeul de fasonare prin presare a produselor ; de exemplu, fabricarea plăcilor de perete, a numeroaselor produse de porțelan pentru instalații electrice si pentru radio tehnica, diverse tipuri de farfurii din faianța, etc. Presarea semiuscata a produselor asigura acestora cele mai precise dimensiuni.

Masele folosite la fabricarea produselor de ceramica fina trebuie sa corespunda următoarelor cerințe, in funcție de condițiile de utilizare a produselor finite :

particulele diferitelor materiale din care se compune amestecul trebuie sa fie distribuite uniform in masa; apa ( sau alte lichide ) trebuie sa fie distribuita uniform intre particulele de materiale solide, ceea ce asigura masei proprietățile optime de fasonare sau de turnare; conținutul de aer in masele ceramice trebuie sa fie minim, deoarece complica procesele tehnologice si mărește rebuturile ( la vacuumarea pastelor plastice, conținutul de aer se reduce sub 2% ).

Ultima condiție se refera la pastele plastice si barbotine, deoarece este practic imposibil sa se elimine aerul din amestecurile pulverulente înainte de introducerea lor in forma de presare.

Eliminarea aerului din masele ceramice inbunătățește proprietatile lor de fasonare si mărește rezistenta mecanica, stabilitatea chimica precum si indicii dielectrici ai produselor finite.

Prelucrarea materialelor si prepararea maselor sau a smalturilor se efectuează prin realizarea succesiva a următoarelor operații tehnologice : curățirea materiei prime de incluziunile minerale daunătoare, concasarea, măcinarea, sortarea după mărimea granulelor, dozarea, amestecarea etc.

Mărunțirea materialelor, curățirea lor si sortarea granulometrica, dozarea diferiților componenți si amestecarea lor pana la obținerea pastelor, barbotinelor sau

amestecurilor pulverulente, constituie procesele principale ale secțiilor de preparare. [2]

Materii prime la obținerea produselor de faianța de menaj.

A. Materii prime argiloase. Definiție. Geneza.

Mineralele argiloase sunt aluminosilicați hidratați, care amestecați cu apă, devin plastice. Compoziția lor chimica, caracteristicile lor mineralogice si fizice variază intre limite largi. În unele cazuri, aluminiul este substituit parțial sau total cu magneziu sau fier, iar în altele, sunt prezenți, în proporții apreciabile, oxizii alcalini sau alcalino-pământoși.

Structura caracteristică este în marea majoritate a cazurilor, cea stratificată. Straturile alumino-silicatice sunt neutre din punct de vedere electric și se pot deplasa ușor unele față de altele, ceea ce determină o serie de proprietăți fizice ca duritate scăzută, capacitatea de a se desface după suprafețe de clivaj s.a.

Modul de formare nu este pe deplin clarificat pentru cazul tuturor mineralelor argiloase. Majoritatea lor reprezintă produsul descompunerii feldspaților sub acțiunea apei, dar ele pot lua naștere și ca urmare a unor fenomene hidrotermale.

Pentru exemplificarea modului în care decurge procesul de formare a unui mineral argilos prin descompunerea rocilor feldspatice se descrie cel de caolinizare, adică procesul natural de transformare a unui feldspat în caolinit.

Procesul începe prin acțiunea mecanica a precipitațiilor atmosferice și este influențat de variațiile de temperatură. Apa pătrunsă în fisurile rocii cu conținut de feldspat (granit, gnais, porfir, sienit), o desface, sub acțiunea variațiilor de temperatură (îngheț însoțit de dilatare), în fragmente din ce în ce mai mici și apoi în mineralele componente, supuse și ele în continuare, aceleași acțiuni de mărunțire. Pe măsura avansării acestuia din urmă, se face resimțită, din ce în ce mai puternic acțiunea chimică a apelor acide.

Sub influența apelor bogate în CO2 și uneori și a apelor cu conținut de acid sulfuric, provenit din alterarea oxidativă a piritelor, decurg reacțiile:

Faza I-a:

3(K2O*Al2O3*6SiO2)+2H2O=K2O*3Al2O3*6SiO2*2H2O+2(K2O*6SiO2)

Feldspat Mica rest solubil

Faza II-a:

K2O*3Al2O3*6SiO2*2H2O+4H2O+CO2=(Al2O3*2SiO2*2H2O)+K2CO3

rest solubil

În esență, procesul de caolinizare constă deci în desprinderea din rețeaua cristalină a feldspaților și solubilizarea oxizilor alcalini și a unei părți de silice cu formare de silicat de aluminiu hidratat: caolinitul, cu formula: Al2O3*2SiO2*2H2O.

Caracterizarea generală a materiilor prime argiloase – Din categoria materiilor prime argiloase curent folosite în industria ceramicii fine fac parte: caolinurile, argilele și bentonitele.

1. Caolinul : Este materia primă de bază pentru ceramica fină, intrând în masa produselor de faianță în proporție de 65-70 % . Culoarea acestei roci este deschisă alb-gălbui, dată de caolinit mineralul de bază, cu tranziții spre cenușiu, culoare imprimată de mineralele impurificătoare formate din hidroxizi și oxizi de fier, mangan, pirite, substanțe organice etc.

Culoarea după vitrificare și topire este albă. Dacă în compoziția caolinului sunt urme de Fe2O3(fier), atunci după ardere impuritățile ies în evidență și caolinul ars capătă colorații închise. În tehnologia ceramicii fine prezintă interes caolinurile lipsite de conținut ridicat de oxid de fier. Mineralul principal este caolinitul, pentru care mai jos se dau câteva caracteristici fizico-chimice.

2. Argilele: Constituie amestecuri de minerale argiloase cu grad de impurificare variabil. Impuritățile cele mai des întâlnite în argile sunt: mică, cuarțul, feldspatul, carbonații și mineralele de fier.

Există numeroase criterii de categorisire a argilelor. Cele mai importante din punct de vedere al industriei ceramice se referă la compoziție și la comportarea la ardere.

Din punct de vedere al conținutului în Al2O3 se deosebesc argile cu conținut ridicat de Al2O3 (>30 %) și cu conținut inferior de Al2O3(<30 %) , din categoria acestora din urmă făcând parte argilele semi acide (15-30 %) și acide (Al2O3 <15 %).

Ele au plasticitate ridicată și după ardere sunt colorate de la alb-gălbui la brun-roșcat. Argilele se vitrifică la temperaturi mai reduse decât caolinurile și nu toate pot fi utilizate în ceramica fină, numai cele de calități superioare.

Bentonitele : Sunt prin definiție argile montmorilonitice produse prin

devitrifierea și hidratarea cenușilor vulcanice. Conținutul de montmorilonit din bentonitele brute variază de regulă de la 50-70 %. Ca impurități frecvente, apar în bentonite : cuarțul, silicea amorfă, feldspatul, calcitul, mica și mineralele de fier.

Ele au grad de umflare variabil în contact cu apa, funcție de starea și compoziția lor.

Atunci când se prezintă sub forma unui gel tixotrop, cresc în volum de aproape 10 ori. Gradul de umflare al bentonitelor crește de asemenea odată cu creșterea raportului Na2O/CaO. Bentonitele au plasticitate foarte ridicată.

Suprafața lor specifică și căldura de umectare variază în limitele 100-400 m2/g respectiv 10-30 cal/g . Prezintă puncte de vitrificare scăzute.

În domeniul ceramicii, bentonitele au diverse utilizări. Se introduc în mase ceramice în proporție de 1-5 %, pentru a le mării plasticitatea, rezistența în stare uscată și stabilitatea la apă a maselor crude, contribuind totodată la creșterea translucidității la porțelanuri.

Se utilizează de asemenea în glazurile decorative (glazuri strânse) pentru porțelan și faianță și ca rețea gazdă în unii pigmenți ceramici.

B. Materii prime neargiloase

1. Feldspații: ca atare, sau cei din pegmatitele respective, reprezintă fondantul principal în masele ceramice fine și în glazurile pentru porțelan și faianță.

Ei sunt aluminosilicați anhidri de sodiu, potasiu și calciu si sunt foarte răspândiți în rocile eruptive. Există trei tipuri principale de feldspați:

-feldspatul potasic: microclinul, ortoza, cu formula K2O*Al2O3*6SiO2

-feldspatul sodic: albitul, cu formula Na2O*Al2O3*6SiO2

-feldspatul calcic: anortitul, cu formula CaO*Al2O3*2SiO2

Substituirea izomorfa în rețeaua cristalină a feldspaților a unuia dintre cationii mai sus indicați, prin alții, duce la formarea mai multor varietăți.

Feldspații potasici conțin totdeauna o anumită cantitate de albit, formând cristale mixte de ortoclaz, iar cei sodici, conțin și feldspat potasic, formând cristale mixte de anortoclaz. Ambele forme conțin adeseori cantități însemnate de feldspat calcic.

Pentru industria ceramică prezintă interes numai feldspații (naturali) alcalini. Feldspații au o rețea tridimensională, formată din grupe [SiO4]4 – și [AlO4]5-, care în cazul feldspaților alcalini formează inele, fiecare din acestea fiind format din trei tetraedri [SiO4]4- și câte un tetraedru [AlO4]5-. Toți tetraedri sunt legați între ei prin vârfurile lor, prin punți de oxigen. Tetraedri de siliciu au toate valențele de oxigen saturate; Pentru fiecare tetraedru [AlO4]5-, rămâne câte o valență liberă, care este saturată de către un ion alcalin. Legăturile cele mai slabe ale rețelei sunt cele ale acestora din urmă.

Ca urmare, în contact cu apa, acești ioni sunt ușor cedați din rețea. Aceste reacții de hidroliză ale feldspaților stau la baza genezei caolinitului. Mineralele însoțitoare cele mai frecvente sunt caolinitul care s-a format prin degradarea feldspaților si cuarțul.

Topirea. Albitul pur se topește congruent la 11180C. Ortoza se topește incongruent la 11700C, dând topitură și un alt aluminosilicat alcalin, leucitul:

K2O*Al2O3*6SiO2K2O*Al2O3*4SiO2+topitură

ORTOZĂ LEUCIT

Topitura feldspatică se dizolvă în cursul arderii o parte din componenții masei (rest caolinic, granule de cuarț etc.) dar concomitent cu acesta compusul a cărui concentrație crește și se saturează se depune sub forma unor noi cristale .

Astfel topitura feldspatică este un mediu favorabil care ușurează trecerea în topitură a unor componenți, precum și formarea și separarea altora noi.

2. Silicați alcalino-pământoși

2.1. Wollastonitul . Cel natural este metasilicatul de calciu cu formula CaO-SiO2, care se găsește în regiunile cu metamorfism. Mineralul se găsește în două stări polimorfe:

-modificația de temperatură joasă, wollastonitul , cu rețea hexagonală.

-modificația de temperatură înaltă , numită și pseudowollastonit, care cristalizează acicular monoclinic.

Transformarea are loc la 1160 0C . Wollastonitul se topește congruent la 16500C . Duritatea pe scara Mohs este de 5,4 , iar densitatea 2,9×103 kg·m-3. Culoarea este albă cu diferite nuanțe de cenușiu, verde, roz, în funcție de impurități. Se dizolvă complet în acid clorhidric. Compoziția wollastonitului natural este: 51,75 % SiO2 ;

48,25 % CaO. Impuritățile cele mai frecvente sunt : Al2O3 , Fe2O3 , MgO , alcalii, sub formă de granați, piroxeni, zeoliți , etc. Wollastonitul este o componentă a zgurilor acide de furnal.

Consecințele introducerii wollastonitului în masele ceramice sunt:

În stare crudă : -îmbunătățirea proprietăților la presare, prin eliminarea stratificărilor.

– fluidifierea ușoară a barbotinelor care devin stabile și fără adaos de electroliți.

– reducerea contracției la uscare

– posibilitatea uscării cu viteză mărită , fără apariția fisurilor la uscare.

-creșterea rezistențelor în stare uscată

În cursul arderii : – scăderea temperaturii de ardere, datorită vitrifieri la temperatură joasă. Faza lichidă apare ca urmare a formării eutecticelor între wollastonit și caolin.

-reducerea contracției la ardere.

-crește viteza de ardere , datorită stabilității sale termice

-aderență mai bună a glazurii de ciob și reducerea tendinței ei de fisurare.

-înlăturarea unor defecte ale glazurii, cum ar fi înțepăturile de ac.

După ardere : – creșterea rezistențelor mecanice.

– creșterea stabilității termice .

-micșorarea sau chiar înlăturarea completă a umflării sub acțiunea umidității.

Nu se recomandă introducerea wollastonitului în masele care se ard peste temperatura sa de transformare , deoarece modificația , având un coeficient de dilatare mai mare decât cea de temperatură joasă , micșorează stabilitatea termică a produselor.

2.2. Talcul este un hidrosilicat de magneziu corespunzător formulei 3MgO-4SiO2-H2O

Se prezintă sub formă de cristale tabulare pseudohexagonale și pseudorombice. Culoarea este verde deschis sau albă cu nuanțe gălbuie , brun , verzui . Luciul este sticlos sau sidefos , gras la pipăit , hidrofob .

2.3. Calcarele : sunt roci formate în cea mai mare parte din carbonat de calciu sub forma unui singur mineral, calcitul. Mult mai rar, carbonatul de calciu se găsește sub forma unei alte modificații, aragonitul.

Calcarele se prezintă în natură sub forme variate, dintre care pentru industria ceramică, prezintă interes : creta, marmura, calcarele propriu zise și intr-o măsură mai

redusă, marnele.

In cazurile (rare) când mineralul principal din rocile calcaroase este aragonitul, acesta se transformă odată cu creșterea temperaturii, ireversibil un calcit. Transformarea (monotropă) decurge foarte lent la 1000C și cu viteză maximă la 5000C, fiind însoțită de o creștere în volum (densitățile aragonitului și calcitului fiind, respectiv 2,93 și 2,70 * 103 Kg*m-3).

Disocierea carbonatului de calciu începe peste 6000C și decurge cu intensitatea maximă la 8980C cu o micșorare de volum de 10-14 %.

Viteza de disociere depinde, alături de temperatură, de presiunea parțială a CO2 din mediul înconjurător și de structura (compactă sau mai afânată) calcarului precum și de cea a materialului supus arderii.

Dintr-o masă ceramică care conține calcar fin dispersat, și în condițiile unei porozități suficiente a ciobului aflat în curs de formare, CO2 se elimină ușor între 900-11000C. Sub temperatura de 10000C, prezența calcarului contribuie la mărirea porozității ciobului datorită eliminării bioxidului de carbon încetinind astfel compactizarea sa.

Acțiunea fondantă a calcarului începe odată cu interacțiunea dintre CaO rezultat din disocierea carbonatului și ceilalți oxizi din masă. La 10000C această interacțiune este încă neînsemnată. Începând de la c.c.a. 10500C, acțiunea fondantă se face din ce în ce mai puternic resimțită.

Intensitatea acțiunii fondante a oxidului de calciu depinde de un număr mare de factori : conținutul de Al2O3 și de SiO2 al masei, gradul de finețe al carbonatului și al cuarțului, prezența altor fondanți, temperatura de ardere, viteza de ridicare a temperaturii.

Carbonatul de calciu utilizat pentru produsele albe trebuie să aibă un grad înalt de puritate. Conținutul de Fe2O3 admis este de cel mult 0,35%. In acest sens, se folosesc mai ales creta și marmura.

Calcarele se introduc în masa produselor de gresie în proporție de 1-2%, iar în cea a produselor de faianță (calcaroasă) în proporție de 10-30%.

La fabricarea produselor de majolică sau de teracotă se introduc uneori în masă, varietăți mai puțin impurificate de marne. Carbonatul de calciu, mai ales sub formă de cretă și marmură, se introduce și în compoziția glazurilor de porțelan, de

faianță și de gresie.

2.4. Dolomitele : sunt roci ale căror componentă mineralogică principală este mineralul dolomit. Acesta este carbonatul dublu de calciu și magneziu, CaMg(CO3)2, cu conținut teoretic de 54,35% CaCO3 și 45,65% MgCO3.

Dolomitele s-au format pe doua căi :

– prin sedimentare din apa mărilor. Ele s-au putut forma în acest caz, fie prin precipitare directă din apă, fie ca rezultat al acțiunii apelor marine, încărcate cu săruri de magneziu, asupra calcarelor de pe fund. Aceste dolomite sunt fin cristalizate și formează zăcăminte puțin răspândite.

– prin transformarea rocilor calcaroase sub acțiunea soluțiilor magneziene, pe cale metasomatică. Acest proces de dolomitizare a rocilor calcaroase a dus la formarea unor roci compacte, care formează zăcăminte întinse, cu răspândire largă.

Alături de mineralul dolomit, rocile dolomitice conțin ca impurități : calcit, cuarț, argilă, magnezit, ghips, celestină, oxizi de fier, ankerit, substanțe organice s.a. Rocile dolomitice cu conținut mare de calcit formează o serie, a cărei termeni fac trecerea spre calcare. Conținutul în mineral dolomit este: dolomitele:90-100%; dolomite calcaroase: 50-90%; calcarele dolomitice: 10-50%; calcare magneziene: 5-10%; calcarele: 0,5%. Dolomitele se prezintă de cele mai multe ori, sub formă de agregate de cristale bine dezvoltate, poroase și mai rar sub formă criptocristalină. Densitatea variază între 2,85 și 2,96*103 Kgm-3, iar duritatea între 3,5 și 4.

În funcție de temperatura la care se calcinează dolomitele, se obțin următoarele materiale:

-dolomita caustică, arsă la temperaturi între 700-8000C.

-varul dolomitic, se obține prin calcinarea dolomitelor la 10000C.

-dolomita sinterizată este un material, care sub formă de produs finit sau de semifabricat are utilizare largă în cuptoarele metalurgice.

La calcinare, dolomita se descompune mai întâi cu degajare de bioxid de carbon, după care, la temperaturi mai ridicate, decurg reacțiile în fază solidă, cu formare de compuși cristalini noi, și apoi, de fază lichidă.

2.5. Dioxid de siliciu.

a.Cuarțitele: sunt roci care s-au format prin metamorfozarea gresiilor silicioase, la care materialul de cimentare a recristalizat, contribuind la creșterea granulelor de cuarț.

Acestea din urmă, separate inițial prin cantități variabile de ciment, cresc ca urmare a acestui proces, până la fuzionare, dând naștere la cuarțitele cristaline, sau pot lăsa între ele, încă o anumită cantitate de ciment microcristalin, când se formează cuarțitele de ciment, impropriu denumite cuarțite amorfe.

b.Nisipurile: Nisipurile constituie materia primă cuarțoasă cea mai răspândită. Ele sunt roci sedimentare formate din sfărâmăturile formate prin degradarea fizică și chimică a rocilor bogate în cuarț. Produsele de degradare ale rocilor au fost transportate la locul lor de formare de curenții de apă și de vânturi și depuse în locurile în care viteza mediului de transport a scăzut sub cea necesară pentru menținerea lor în suspensie. Materialul depus este constituit mai ales din cuarț, mineralul cel mai rezistent din compoziția rocilor din care provine și deci cel mai puțin sensibil la acțiunea diferiților agenți fizici si chimici. În cursul transportului au decurs următoarele procese: – separarea diferitelor componente ale materialului în conformitate cu densitatea si dimensiunile particulelor lor; – degradarea diferitelor minerale sub acțiunea factorilor fizici și chimici, acționând și în cursul transportului, în așa fel, încât la locul de depunere au putut ajunge mai ales mineralele cele mai rezistente față de acțiunea acestor factori; – mărunțirea granulelor de cuarț. La zăcămintele de nisip situate sub cele de cărbune, a avut loc o purificare suplimentară datorită apelor bogate in acizi humici si CO2, care au solubilizat și antrenat Fe2O3. în funcție de distanța ța care au fost transportate, se disting următoarele varietăți de nisipuri: 1.nisipuri de munte; 2.nisipuri de râu; 3.nisipuri de mare; 4.nisipuri de dune. În industria ceramicii fine se folosesc pe scară largă și nisipurile cuarțoase separate din nisipurile caolinoase. Ele conțin atunci și cantități variabile de caolin. Nisipurile cuarțoase cu conținut de Fe2O3 până la 0,1% și Al2O3 până la 0,5% se folosesc, mai mult sub formă de adaosuri, pentru fabricarea produselor silica. Ele sunt utilizate de asemenea și pentru fabricarea produselor refractare semi-acide .

c. Diatomitele: sunt roci sedimentare, formate prin depunerea pe fundul bazinelor de apă, a scheletelor microscopice ale diatomeelor (alge). Compoziția chimică a diatomitelor variază între limitele: SiO2: 70-80%; Al2O3 : 5-13%; Fe2O3 : 2-6% ; CaO : 0,5-5% ; MgO : 0,5-3% ; P.C. : 4-8%;. Compoziția granulometrică este asemănătoare cu cea a argilelor. Diatomitele au o umiditate de carieră deosebit de ridicată, putând atinge 50%. Caracteristica principală a rocii este porozitatea ei

ridicată. În stare uscată, densitatea variază între 2,10-2,4*103Kgm-3, iar cea aparentă între 0,2 și 0,9*103 Kgm-3. culoarea variază între galben deschis și cenușiu. Arderea se face la o temperatură maximă de 900-10000C. Contracția la ardere este și ea redusă, nedepășind 1-1,5%. Odată cu creșterea temperaturii peste cea maximă se produce o contracție puternică, iar suprafața produselor capătă un aspect sticlos.

d. Deșeurile de silice de la fabricarea AlCl3 sau Al2(SO4) din caolin calcinat , constituie de asemenea , o valoroasă sursă de SiO2 pentru industria ceramicii fine . Alte materii prime cu SiO2 sunt : – silicea amorfă hidratată (opalul) ;- silicea cristalină (calcedonia)

e. Transformările polimorfe ale SiO2

Dioxidul de siliciu – component de bază al maselor ceramice este unul din exemplele cele mai complexe și mai importante de polimorfizm .De la primele studii ale lui Fenner (1913) și până la cele ale lui Sosman (1965) , numărul fazelor sau a structurilor cristaline ale silicei , la diferite temperaturi și presiuni, a crescut la 22 . Dintre acestea , pentru tehnologia ceramică prezintă interes doar opt modificații polimorfe și anume cele care se obțin la presiunea atmosferică.

Dioxidul de siliciu poate cristaliza în trei modificații polimorfe, de bază : cuarțul, tridimitul și cristobalitul . Modificațiile de temperatură înaltă sunt notate cu iar cele de temperatură joasă cu . Modificațiile á prezintă o simetrie mai ridicată decât cele . Forma, structura și proprietățile principale sunt prezentate în tabelul 1

Tabelul 1 .

După Burger transformările structurale în stare solidă se bazează pe schimbarea tipului de legătură și a coordinației . Transformările de coordinație secundară pot fi de două feluri : – transformări distorsionate-rapide; -transformări reconstructive-lente

Prin prisma acestor două feluri de transformări se prezintă formele polimorfe ale silicei :

Cuarț – reconstructiv Tridimit – Cristobalit – Sticlă

de temp. înalta de silice

8670C 14700C

distorsional distorsional distorsional

5730C 1630C 170-2500C

Tridimit –

de temp. medie

distorsional

1170C

Tridimit – Cristobalit –

Cuarț – de temp. joasă

Forma stabilă la temperatura normală este cuarțul , care printr-o mișcare distordională , la 573 oC se transformă în cuarț . Aceleași transformări au loc la tridimitul și la cristobalitul de temperaturi înalte , care la răcire se transformă distorsional în formele de temperatură joasă . Între 200 și 275 oC , cristobalitul (cubic) , se transformă rapid în cristobalit (tetragonal) . După diagrama lui Sosman , tridimitul (hexagonal) răcit de la 867 oC până la 163 oC se transformă în tridimit (trigonal) , iar acesta , răcit sub 163 oC , se transformă în tridimit – rombic . (Flörke argumentează că tridimitul nu reprezintă o stare polimorfă propriu-zisă a SiO2 , ci o soluție solidă a acestuia). La 867 0C , cuarțul încălzit până la 1470 oC ,în prezență de mineralizatori , se transformă lent , în tridimit , iar în absența lor și la încălzire rapidă până la 1250 oC , cuarțul se transformă direct în metacristobalit ,o formă metastabilă a cuarțului .

Prin încălzire peste 1250 oC , din metacristobalit începe să se formeze -tridimitul sau -cristobalitul . Cristobalitizarea este în acest caz ușurată , putându-se efectua chiar sub temperatura de echilibru 1470 oC .

Spre deosebire de reacțiile de echilibru care sunt reversibile, reacțiile de neechilibru , la fazele instabile , sunt ireversibile :

-cuarț metacristobalit -cristobalit

-cuarț metacristobalit -tridimit

Adaosuri

În masa ceramică, materiile prime auxiliare se adaugă în cantități foarte mici , pentru a se regla unele proprietăți ale masei în stare nearsă:

1.Plastifianți – lianți , care se introduc în cantități reduse , pentru îmbunătățirea prelucrabilității lor și pentru și pentru mărirea rezistențelor mecanice ale semifabricatelor în stare nearsă . sunt aproape exclusiv de natură organică (excepție făcând bentonitele) și se descompun în timpul arderii . Sunt absente în produsul ars .

Ca plastifianți – lianți se utilizează : bentonitele , dextrina , guma arabică , alcool polivinilic , parafina , etc .

2. Lubrefianții – se adaugă în cantități reduse maselor ce urmează a fi fasonate prin presare. Datorită acțiunii lor lubrifiante , ele asigură o alunecare mai bună a particulelor masei între ele , permițând astfel obținerea unor semifabricate mai compacte și cu rezistențe mecanice mai mari . Ele ușurează de asemenea desprinderea produselor de matriță .

Ca lubrefianți de folosesc : motorină , petrol lampant , oleină, stearați de Ba , Mg , Al , Zn.

3. Fluidifianți – se adaugă în barbotinele de turnare În proporții foarte mici , sub 1 % . Prezența lor face posibilă realizarea realizarea unor suspensii stabile la un conținut redus de apă .

Ca fluidifianți , pe scară largă , se utilează : carbonatul de sodiu , silicatul de sodiu , polifosfatul de sodiu , acidul humic .[2]

I.4. Proces tehnologic

Fabricarea produselor ceramice și refractare cuprinde succesiunea de operații si procese prin care una sau mai multe materii prime convenabil alese sunt preparate, fasonate, supuse tratamentului termic și finisate, corespunzător caracteristicilor și cerințelor de utilizare ale produselor în cauză. Materialul preparat poartă numele de masă ceramică. Până la efectuarea tratamentului termic masa se numește crudă. După tratamentul termic, masa se numește arsă.

Compoziția maselor ceramice și refractare se stabilește funcție de proprietățile pe care urmează să le întrunească produsul, în condițiile tehnologice adoptate și a materiilor prime disponibile.

Prepararea este faza tehnologică în care materiile prime sunt prelucrate astfel încât să constituie o masă dispersă cu proprietăți convenabile fasonării. Fasonarea este faza tehnologică prin care masa ceramică anterior prelucrată capătă forma dorită. În timpul procesului tehnologic materiile prime sunt supuse mai întâi unei prelucrări fizico-mecanice, în care semnificative sunt proprietățile reologice determinate de temperatură.[3]

I.5.Proces tehnologic clasic

A. Procedeu umed: prepararea prin procedeul umed cuprinde operațiile de mărunțire umedă a componenților neplastici și delaiere a componenților plastici dozare, omogenizare umedă, separarea fazei lichide prin filtrare sau atomizare, macerare, dezaerare. Procedeul umed asigură controlul riguros al dozării componenților, o mai bună deferizare magnetică a componenților si fine de măcinare mai mare, precum și o mai bună omogenizare a materiilor prime.

Material Material

degresant argilos

Mărunțire

grosieră Fărâmare mărunțire

Însilozare Siloz Siloz

Mărunțire Măcinare umedă Delaiere

umedă

Cernere deferizare Cernere deferizare

Dozare Dozare Dozare

Omogenizare umedă

Cernere și deferizare

Depozitare

Stație de pompare

Filtru presă Atomizare

Prepararea Delaiere Dospire

masă în

vederea Defloculare Omogenizare

fasonării

Depozitare Dezaerare

Masă pentru turnare Masă plastică Masă granulară

Mărunțirea fină a materialelor degresante se realizează umed în mori cu tambur rotitor și corpuri de măcinare. Materialele degresante se încarcă în moară cu un adaos de circa 5 % material argilos, care ajută la formarea unei suspensii mai stabile. Raportul material/apă/corpuri de măcinare este de ordinul 1/1/1,1-1,3. După 10-20 ore de măcinare, granulația ajunge de la circa 1 mm la mai puțin de 0,06 mm.

Materialele argiloase sunt sfărâmate cu ajutorul valțurilor apoi se execută delaierea în apă, în vase prevăzute cu agitatoare.

Omogenizarea se execută în vase de amestecare prevăzută agitatoare paletă sau elicoidale. După omogenizare se execută o nouă trecere prin sită urmată de deferizare magnetică . Impuritățile mecanice din barbotină sunt reținute la trecerea prin site vibratoare.

Deshidratarea este operația prin care se îndepărtează parte din apa care se află în barbotină. Separarea se poate face : mecanic—prin filtrare ; filtrarea se execută sub presiune (8-10 atm.) în filtre presă , și se ajunge la c.c.a. 20 % apă; termic – prin evaporare ; separarea apei prin evaporare se execută în instalații de atomizare . În contact cu aerul fierbinte introdus în atomizor granulele de barbotină își reduc umiditatea până la circa 5 % și dau naștere la o masă granulară , cu dispersie omogenă , care poate fi utilizată direct în operația de fasonare ; electric – prin electroforeză .

Dospirea este operația prin care masa umedă, deshidratată, se păstrează un timp in atmosferă umedă. În cursul depozitării au loc procese fizico-chimice și biochimice, ale căror rezultat se manifestă prin creșterea plasticității masei. Principalele procese sunt de extindere a hidratării structurilor, de creștere a dispersiei și de formare a acizilor humici, precum și a altor produse organice, datorită unor bacterii care se dezvoltă in masa ceramică, urmare și a impurităților pe care le conține.

Masa crudă cu proprietăți plastice conține după deshidratare și dospire o cantitate de fază gazoasă și prezintă un gradient de umiditate. În aceste condiții devine necesară operația de omogenizare și dezaerare , aceasta se execută mecanizat cu prese cu vid și melc de presare.

B. Procedeul uscat: prepararea prin procedeul uscat cuprinde operațiile de mărunțire a componenților degresanți și plastici, dozare, umezire și omogenizare în malaxoare, macerare. Procedeul uscat necesită mai puține operații, utilaj mai redus și spațiu mai mic, dar controlul dozării materialelor argiloase este deficitar, deoarece

umiditatea naturală a acestora 3-13% este un parametru greu controlat; de asemenea, calitatea masei este mai convenabilă pentru produse de ceramica brută, cu textură grosieră.[3]

Material Material

Degresant argilos

Fărâmare

Mărunțire

Siloz Siloz

Măcinare Măcinare

Cernere și Cernere și

deferizare deferizare

Dozare Dozare

Amestecare uscată

Umezire și

dospire

Masă pentru prelucrare plastică

Alte variante de procese tehnologice

I. Presarea isostatică Ideea de a prelucra materiale ceramice în formă de pulbere prin presare a fost pusă în aplicare cu 150 de ani în urmă la fabricarea de faianță și gresie . Introducerea tehnicii de producere a pulberii prin atomizare în industria ceramică a fost făcută în anul 1962 și a constituit un impuls în dezvoltarea procedeelor de presare uscată. Astăzi operează în industria ceramică mondială câteva sute de prese isostatice de diferite tipuri, procedeul de presare isostatică nu mai poate fi despărțit de industria ceramică. Introducerea cu succes a acestei tehnologii depinde de 3 factori : pulberea, matrița, presa.

Pentru a obține rezultate superioare la introducerea acestei tehnologii

s-a investit in munca de cercetare, și nu numai in dezvoltarea preselor și a materialelor ci și in punerea la punct respectiv îmbunătățirea proprietăților granulatului.

În principal un granulat trebuie să prezinte următoarele proprietăți:

rezistența la rupere > 100 N / cm2

expansiune maximă (< 1 %)

proprietăți de curgere pentru a permite o umplere rapidă a matriței fără defecte.

Un granulat optim permite o reducere substanțială a ciclului de presare, permite de asemenea o reducere a costurilor per articol produs conducând în același timp la un nivel de calitate superior. În figura A se poate vedea schema de principiu a unui atomizor pentru producerea de granulat.

Componentele principale:

-turnul de uscare

-și 3. pompa de înaltă presiune și conducta de barbotină

-4. atomizorul cu duză

-6 și 7. arzătorul și conducta de aer

-8 și 9. instalația de desprăfuire care constă din ciclon și ventilator; instalația de cercetare și dulapul de comandă

Presarea isostatică se bazează pe principiul lui Pascal , care afirmă că presiunea aplicată unui lichid în repaus se transmite în egală măsură în toate direcțiile . La matrița de presare isostatică acțiunea presiunii generată în spatele diafragmei se transmite în egală măsură asupra tuturor punctelor ce formează spatele produsului de presat astfel încât densitatea este aproape omogenă .

Umplerea matriței se face prin intermediul vidului care pătrunde prin secțiunea inelară dintre inelul de umplere și poansonul superior. Poziția de umplere poate fi modificată în timp ce presa continuă să lucreze , aceasta înseamnă că grosimea și greutatea produsului pot fi schimbate fără probleme .

După faza de umplere , în timp ce presa își termină cursa are loc o precomprimare statică a pulberii . Precomprimarea este completată de comprimarea isostatică la 300 bar dând produsului rezistență suficientă pentru operațiile următoare. De importanță deosebită este și curba de descreștere a presiunii isostatice

deoarece alura acestei curbe influențează formarea de tensiuni și fisuri .

Presarea isostatică se pretează în mod optim pentru fabricarea de : farfurii și platouri de diferite forme , diferite piese pentru industria aeronautică , cești cu sau fără toartă , etc. Esențial pentru alegerea presării isostatice ca tehnologie de fabricație este capacitatea respectiv numărul de produse de același tip ce trebuie fabricate .

Avantajele presării isostatice

Următoarele avantaje au condus la răspândirea presării isostatice :

flexibilitatea ridicată dată de timpul scurt de schimbare a matriței , respectiv de adaptare a mașini de finisat la nou produs

-capacitate ridicată

-consum de energie scăzut (uscarea est eliminată , posibilitatea arderii rapide)

-nivelul de calitate superior este păstrat peste toată perioada de producție

-posibilitatea de a crea linii de producție automatizată

-fiabilitate ridicată a utilajelor

-costuri de producție inferioare celor obținute prin fasonarea clasică

Mașini pentru presarea isostatică

Mașina cea mai răspândită din programul de prese isostatice ale firmei Dorst este presa PH 400 / 2 care a fost dezvoltată pe baza presei consacrate PH 400. presa are o forță de presare de 400 de tone, se pot presa farfurii cu un diametru crud de 365 mm și o înălțime de 100 mm. Capacitatea de producție orară este de aproximativ 550 de bucăți.

Pentru farfurii mai mici cu un diametru de max. 240 mm și o înălțime de 50 mm a fost construită presa PH 200. Capacitatea presei este de circa 600 piese / oră.

Având ca bază presele PH 200 respectiv PH 400 / 2 au fost dezvoltate presele duble PH 300 respectiv PH 500.

Presa PH 500 are următoarele date tehnice :

-diametru max. de presat ………………………………365 mm

-înălțimea maximă …………………………………………100 mm

-capacitatea orară de producție ………………………..800-1000 buc

Presa PH 300 are datele tehnice menționate mai jos :

-diametru maxim de presat …………………………….240 mm

-înălțimea maximă …………………………………………..50 mm

-capacitatea orară de producție ………………………….1000-1100 buc. [4]

II. Turnarea sub presiune Aplicația turnării sub presiune are o istorie de aproximativ 20 de ani și se definește ca fiind o filtrare forțată , adică o filtrare accelerată de presiunea care se aplică asupra barbotinei. În acest proces este necesară funcționarea perfectă simultan a trei domenii care ar fi : matrița , barbotina și presa.

a) Matrița este piesa de bază în sistemul de turnare sub presiune constă dintr-un bloc sau corp din material plastic pe bază de rășini acrilice ( figura 1 și 2). Inițial acest material este în stare de pulbere , iar componentele acestei pulberi sunt sfere d diferite mărimi . La fabricarea formei aceste sfere se contopesc formând un labirint tridimensional cu canale între câțiva microni și circa 200 de microni.

Matrița sau forma trebui să îndeplinească două funcții importante:

-să limiteze și să definească cavitatea în care se formează produsul

-să permită deplasarea nestânjenită a apei și a aerului în ambele sensuri.

Suprafața unei forme de turnat sub presiune nu este absolut netedă ci constă în mici denivelări -depresiuni și ridicături- un relief format din sferele de diferite mărimi in contact și zonele defecte dinte sfere.

Fig. 1 Fig. 2

Barbotina este de mare importanță în procesul de turnare. După injectarea barbotinei în formă începe eliminarea apei , la suprafața de contact dintre barbotină și formă se formează o peliculă de barbotină solidificată, care acționează la rândul ei ca un filtru. Având în vedere structura blocului de material plastic putem trage concluzia că, cantitatea de particule mai mici de un micron trebuie să fie cât mai mică.

Procesul de evacuare a apei este accelerat de un sistem de canale de drenaj existente în corpul matriței , aceste canale sunt aduse în apropierea suprafeței cavității ce formează produsul ceramic(figura 3). Aceste canale de drenaj sunt conectate cu un sistem în placa de bază a matriței și cu supapele tehnologice ale mașinii de turnare. Acestui sistem de canale îi revine o funcție importantă și anume, după turnare este necesară degajarea produsului din matriță, în acest sens o parte din apă existentă încă în porii formei este împinsă înspre produs permițând dezlipirea acestuia de pe matriță.

Procesul de turnare sub presiune poate fi împărțit în următoarele faze:

închiderea formei

-umplerea cu barbotină

-formarea unei pelicule de barbotină solidificată

-formarea ciobului ceramic

-evacuarea barbotinei (în cazul produselor cu cavități interioare)

-solidificarea interioară și eliminarea apei

-deschiderea presei

-degajarea produsului

Avantajele turnării sub presiune Succesul acestei se datorează în special

avantajelor față de procedeele clasice , acest avantaje sunt:

-creșterea productivității.

-creșterea calității.

-reducerea costurilor pe bucată.

-economisirea de energie.

-flexibilitate maximă datorită timpului redus de schimbare a matriței.

-suprafața ocupată redusă.

-eliminarea formelor de ghips : fabricarea, depozitarea, uscarea. acestora poate fi eliminată.

-posibilități multiple de automatizare .

-posibilitate de a produce în 3 schimburi.

-mânuirea de piese grele nu mai este necesară.

-posibilitatea de a lucra cu personal ce poate fi instruit in scurt timp.

Mașini de turnat sub presiune.

La începuturile turnării sub presiune au fost urmărite următoarele aspecte:

-creșterea calității

-eliminarea formelor de ipsos.

În decursul anilor au fost adăugate alte cerințe cum ar fi:

-reducerea costurilor pe bucată

-flexibilitate

-operare, întreținere cu efort minim

-posibilitatea automatizării.

În funcție de aceste cerințe ce s-au schimbat în decursul anilor, dar și ca reacție la dezvoltările făcute în domeniul barbotinei și a formelor, mașinile pentru turnat sub presiune au suferit o dezvoltare esențială.

În ultima generație de utilaje s-a încercat încorporarea următoarelor cerințe exprimate de industrie:

-menținerea investiției la un nivel scăzut;

-posibilitate de schimbare rapidă a articolului de produs;

-posibilitatea de a integra utilajul în procese automatizate;

-întreținere cu efort minim;

Prese de fabricat cești:

Aproximativ 85 % din costurile unei cești crude sunt cauzate de fabricarea respectiv lipirea toartei de corpul ceștii, toate acesta sunt sursa principală de rebut care în cazuri extreme poate depăși 50 % . Primele încercări în acest domeniu au fost făcute pe o presă de tip DGM 80 modificată. S-a construit o mașină specială pentru fabricarea ceștilor numită DGT 15.

În afară de avantajul economic putem menționa câteva avantaje față de fasonarea clasică:

-fabricarea separată a torțiilor și lipirea acestora de corpul ceștii sunt eliminate

-flexibilitate superioară

-suprafață de producție redusă

-rezistența și stabilitatea a ceștilor crude superioară

-posibilitatea automatizării

-posibilitatea de a lucra cu personal necalificat.[5]

Prese de fabricat castroane: anexă desen.

I.6. Umflarea întârziată sub acțiunea umidității:

Comportarea față de apă a argilelor și caolinurilor depinde de temperatura la care au fost arse.

La temperaturi mai mari de 150-2000C , începe deshidratarea parțială, însoțită de micșorarea corespunzătoare a plasticității. După îndepărtarea completă a apei de constituție, plasticitatea dispare ireversibil. Materialele argiloase arse până la deshidratarea totală mai pot reprimi, în rețea cantități foarte reduse de apă. Fenomenul este însoțit de o umflare corespunzător de mică ( de multe ori de ordinul sutimilor de procent din volumul inițial) a ciobului. Materialele slab arse se umflă mai repede decât cele arse la temperaturi mai ridicate. Procesul decurge lent, putându-se prelungii, in funcție de natura materialului, de temperatura de ardere și umiditatea mediului, de-a lungul multor luni si chiar ani.

Mecanismul umflării este diferit, în funcție de temperatura de ardere. La materialele slab arse se poate produce hidratarea parțială.

În cazul materialelor argiloase arse la temperaturi mai ridicate, umflarea se produce ca urmare a hidratării și cristalizării fazei vitroase.

Mineralele argiloase, caolinitul și halloysitul, formând la temperaturi ridicate faze cristaline stabile, ca mullit și cristobalit, și o fază vitroasă, lipsită de oxizi alcalini și alcalino-pământoși, sunt rezistente la hidratare.

Ca urmare, materialele argiloase arse, vor fi cu atât mai puțin sensibile la acțiunea apei cu cât vor conține mai mult caolinit și halloysit și mai puțin din alte minerale argiloase.

Odată cu creșterea temperaturii până la 10000C, crește și intensitatea fenomenului de umflare. La temperaturi mai mari, odată cu scăderea porozității, umflarea se produce la scară mai redusă.[2]

I.7. Fasonarea faianței de menaj

pe cale plastică

Fasonarea este operația prin care se dă semifabricatelor forma impusă de utilizare viitorului produs ceramic. Se realizează cu paste având în condițiile executării operațiilor comportarea plastică, adică deformare fără fisurare în care forma se păstrează și după încetarea acțiunii forței. Umiditatea pastelor se situează în general între aproximativ 15-24%.

Principalele modalități de fasonare sunt:

-fasonarea manuală și fasonarea mecanică:

-prin strunjire;

-prin extrudare;

-prin represare;

Avantaje: -productivitate ridicată; -calificarea relativ ușoară a personalului.

Dezavantaje: -necesitatea ca masa plastică să aibă o plasticitate suficientă; -contracție relativ mare la uscare și precizie dimensională limitată; -consum de energie ridicat pentru uscare.

La fasonarea mecanică următoarele metode sunt:

-Extrudarea: operația de fasonare prin forțarea masei plastice de la o secțiune mai mare a presei la o secțiune mai redusă ceea ce asigură o compactizare iar forma secțiunii finale dată de filieră, imprimă forma secțiunii produsului. Extrudarea se pretează la realizarea produselor care au forma constantă a secțiunii respective: bare, tuburi, tuburi cu goluri, profile cu secțiune constantă, în care produsele se obțin prin secționarea acestora.

-Extrudarea din pastă moale : consistența masei corespunde unui raport de turtire Pfefferkorn peste 3. O asemenea consistență se folosește la fasonarea plastică în mașini de obținere a cărămizilor cu umiditate de peste 23%.

-Extrudarea din pastă semitare : realizată la consistență corespunzătoare reportului de turtire Pfefferkorn de 1,8-2,5 (max 3). Umiditate de la 18% până la 20%.

-Extrudarea din pastă tare : cu un raport de turtire Pfefferkorn de 1,4-1,8 cu umiditate de 14,5-18%. In general presiunile de presare, de extrudare depind de umiditatea masei ceramice după o alură generală ca in fig.

P extrudare

W %

Forma exactă a curbei și poziția ei în raport cu umiditatea depinde de proprietățile plastice a componentei argiloase ale masei ceramice.

Utilaje folosite la fasonarea plastică

1. Presa melc cu vid: funcționarea presei cu melc aduce cu sine apariția a trei tipuri de defecte de structură a pieselor extrudate.

defectul structural în formă de elipsă: e determinat de înaintarea cu viteză diferită a straturilor de material în capul presei și filieră datorită frecării interioare și de pereții presei.

Apar astfel între straturile care tind să înainteze cu viteze diferite, zone de tensiuni interioare concentrice, care sunt zone de minimă rezistență. Când filiera forțează trecerea la secțiunea dreptunghiulară (cărămidă) aceste zone iau formă de elipsă. Dacă puterea liantă a pastei e insuficientă fisurile apar chiar la fasonare. Defectul poate apărea după uscare, după ardere sau după câteva cicluri îngheț-dezgheț. Pentru diminuarea defectului se poate pe de-o parte mări puterea liantă a masei, coeziunea internă, printr-o vacuumare de calitate prin mărirea frecării interne a stratului, printr-o îmbunătățire a degresării.

b) defectul structural în formă de S: apare datorită alipirii (sudării) imperfecte a straturilor de material la tensionarea melcului presei.

Modul de diminuare a acestui defect se face ca și în cazul defectului în formă de elipsă prin mărirea coeziunii masei prin vacuumare mai bună, prin degresare mai bună, prin perfecționarea formei melcului, a butucului melcului.

defectul dinți de dragon: apare datorită frecării mărite la marginea filierei care induce tensiuni si puteri liante reduse a masei. Defectul constă în ruperea marginilor calupului în timp ce acesta înaintează.

Cauzele sunt: calitate necorespunzătoare a masei datorită preparării, omogenizare insuficientă, desfacere insuficientă a particulei masei, calitate necorespunzătoare a filierei.

2. Fasonare prin strunjire: se realizează în principal supunând un calup de pastă unei mișcări de rotație și acțiunii unui organ de deformare sau tăiere.

În strungurile verticale de tip clasic, pasta suferă atât deformare cât și tăiere, îndepărtare a excesului de un șablon metalic sau cuțit metalic.

Mașinile moderne de strunjire conțin corpuri rotative animate de o rotație în același sens ca a calupului de strung dar cu turație diferită. În funcție de diametrul produselor care se fasonează turația capului de strung variază între 400-550 ture/minut la șablonul metalic.

Obiectul se formează prin laminare cu forfecare ca alunecarea straturilor, pentru evitarea lipirii șablonul fiind încălzit la c.c.a. 1000C formând un film subțire de abur care previne lipirea.

3. Fasonarea prin strunjire verticală sau orizontală: e aplicată mai ales la izolatori de înaltă tensiune, de diametre mari; la strunjirea verticală, cuțitul strungului se deplasează pe verticală si imprimă forma caracteristică.

Strujirea se execută dintr-un calup de pastă care a fost dublu vacumată și apoi zvântată până la umiditate de 14-16%. Acțiune cuțitului sau șablonului a urmat succesiv evoluția din utilajele de așchiere. [6]

I.8. Fasonarea faianței de menaj prin presare isostatică

Se realizează cu pulbere de presare. Presare uscată: umiditate 0,5-4%; -presare semiuscată: umiditate 6-12%.

Comparativ cu alte procedee, acest procedeu are avantajul preciziei dimensionale mai bune, compactizare bună, calitate bună a muchiilor si suprafeței, probleme mult diminuate la uscare.

Avantaj: nu necesită proprietăți plastice importante ale masei.

Dezavantaje: o anumită limitare a formei și dimensiunilor realizabile. Pentru piesele mari, pentru piese sferice, pentru piese tubulare, cilindrice e necesară folosirea presării cu creșterile respective de costuri.

Astfel procedeul e rentabil la producții de serie mare și relativ uniformă. Utilajele sunt mai complexe, mai pretențioase și cu costuri ridicate. Procedeul e utilizat mult in ceramica tehnică și performantă, in industria refractarelor, in industria abrazivilor, a placajelor și plăcilor de pardoseală. [6]

Procedeul de compactizare prin presare semiuscată, uscată are loc in mai multe etape succesive:

1-la o alimentare a matriței se formează o structură relativ afânată care conține goluri datorită frecării dintre particule;

2-în prima etapă a presării particulele se aproprie, golurile și cavernele se distrug, particulele se ating unele pe altele;

3-aglomerările se dezintegrează, se distrug, particulele umede de material plastic * curg *, alunecă, ocupând locurile dintre particule.

Presarea isostatică se bazează pe principiul lui Pascal care afirmă că presiunea aplicată unui lichid în repaus se transmite în egală măsură în toate direcțiile. La matrița de presare isostatică acțiunea presiunii generată în spatele diafragmei în egală măsură asupra tuturor punctelor ce formează spatele produsului de presat astfel încât densitatea este aproape omogenă .

Presarea isostatică se pretează în mod optim pentru fabricarea de: farfurii și platouri de diferite forme , diferite piese pentru industria aeronautică , cești cu sau fără toartă , etc. Esențial pentru alegerea presării isostatice ca tehnologie de fabricație este capacitatea respectiv numărul de produse de același tip ce trebuie fabricate.

Principalii factori care influențează comportarea masei la presare sunt: natura masei, distribuția granulometrică, umiditatea și auxiliarii de fasonare și presiunea de presare.[4]

Compoziția masei: cea mai favorabilă comportare la presare o au masele ce conțin degresant 70-30%, respectiv material plastic de la 30-70%. Masele cu conținut foarte mare de component argilos au o tendință mărită la stratificare datorită formei lamelare a particulelor. Ele trebuie umezite mai bine. Masele în care predomină numai degresanții au compactitate determinată de distribuția granulometrică mai ales, necesită utilizarea unor auxiliari de fasonare lianți, plastifianți, lubrefianți și necesită presiuni cu atât mai mari cu cât granulația e mai fină. În special pentru masele neplastice sau cu conținut mai redus de component plastic un rol decisiv îl are distribuția granulometrică.

Distribuția granulometrică: trebuie să asigure o cât mai bună ocupare a golurilor de diverse dimensiuni, dintre particule de dimensiuni adecvate. Materialele monodimensionale nu pot da structuri compacte iar porozitatea lor e dată de tipul de împachetare și este independentă de dimensiunea particulelor. Există două tipuri de compoziție granulometrică de compactitate ridicată:

a) distribuția granulometrică discontinuă: pornește de la ideea că o împachetare compactă se obține când golurile dintre particule grosiere pot fi ocupate de particule fine, având diametrul potrivit a dimensiunii golurilor. Cea mai bună compactitate se realizează într-un sistem discontinuu constituit numai din particule mari cu diametrul egal și din particule fine cu diametrul egal, al căror diametre permit ocuparea golurilor. Aceasta se realizează la c.c.a. 60-70% particule grosiere și 40-30% particule fine între care fracțiunile intermediare lipsesc întrucât utilajele de mărunțire dau o gamă de dimensiune ale particulelor nu e rentabil.

b) distribuția granulometrica continuă de mare compactitate determină experimental și deseori folosită in practică pentru distribuția granolometrică a maselor cu mult degresant (peste 70%).

Influența umidității: poate fi privită sub două aspecte:

-influența asupra deformabilității, a alunecării particulelor. Sub acest aspect, cu cât umiditatea e mai mare, deformabilitatea e mai bună, curgerea e mai ușoară.

-privind din punct de vedere al efectului compactității după uscare, există o umiditate optimă după care compactitatea posibil de obținut scade sau rămâne constantă.

Motivul acestei comportării este că la un anumit conținut de umiditate care depășește volumul minim al golurilor dintre particule, între particulele masei apare un film de lichid.

Influența presiunii: este mai pronunțată în primele stadii ale compactizării după care efectul creșterii presiunii este din ce în ce mai slab, relațiile empirice respective fiind de obicei logaritmice sau de tip exponențial. Se consideră o presiune optimă de presare, presiunile peste care creșterea de compactitate obținută este redusă. Pentru presarea uscată este importantă este prepararea pulberii foarte bine omogenizată cu liantul, plastifiantul și lubrefiantul respectiv. Liantul mărește rezistența în stare uscată. Plastifiantul face mai plastică și mai deformabilă particula de liant. Lubrefiantul reduce frecarea dintre particule, dintre masă și matriță și împiedică lipirea de matriță.

Calitatea aglomerării granulelor prin natura și conținutul lianților și regimul de atomizare, trebuie să urmărească o rezistență suficientă a granulelor pentru a evita fărâmițarea și prăfuirea, o plasticitate suficientă dar moderată pentru ca la presarea pieselor, granulele atomizate sa se dezintegreze și să rezulte o textură fină dată de particulele primare. Granulele atomizate prea rezistente dau o textură incomplet sudată, având rezistențe minime, reduse și generând defecte la ardere, inclusiv defecte de glazură.[6]

CAP.II. Partea experimentală

II.1. Introducere

Scopul parții experimentale este elaborarea unei compoziții de masa de faianță care să aibă proprietăți cât mai apropiate de ale unui ciob de calitate. Aceasta masa trebuie sa aibă un conținut moderat de biscuit in acord cu nivelul uzual al pierderilor tehnologice după faza de ardere, sa se comporte bine la fasonare, produsul sa aibă un grad de alb acceptabil, să fie avantajoasă și d.p.d.v. economic.

Încercările de ajustare a proprietăților s-au bazat pe de o parte pe raportul între componentele plastice (argile, caolinuri) și cele neplastice ale masei (nisip, biscuit), iar pe de altă parte pe compoziția componentei argiloase a masei în care s-au combinat caolinuri si argile pentru a realiza un compromis favorabil privind proprietățile.

Au fost preparate doua mase de faianță pentru care s-au făcut pe de o parte, determinări de proprietăți fizico ceramice în stare de pastă plastică:

Plasticitate

Putere liantă

Contracție la uscare

Rezistenta in stare uscata

Contracție la ardere și totală

Pe de altă parte s-au determinat principalele proprietăți ale masei arse

Indici de compactitate

Rezistenta in stare arsa la temperaturi de 1130 și 11600C

Proprietățile de dilatare termică

Umflarea întârziata după o autoclavizare prealabila

II.2. Condiții experimentale

Ca materii prime: s-au utilizat atât materii prime produse in tara cat si materii prime, importate disponibile atât d.p.d.v. al compoziției cat și acceptabile d.p.d.v. al prețului de cost.

Au fost preparate doua mase având următoarele compoziții în materii prime, a cate 2 Kg material uscat fiecare si cantitatea corespunzătoare de apa pentru a le aduce la starea de barbotină.

Compoziția în materii prime (rețetele) maselor experimentale : TAB :2.1

S-a realizat o măcinare umedă concomitenta a materiilor prime in moara planetara de laborator cu bile,. In prima etapa s-au măcinat degresanții cu o cantitate de componentă plastica de 20% față de degresant. Raportul de material/bile/apă introdus la măcinare a fost 1/1,5/1. Timpul de măcinare a fost de 20 minute pana la un reziduu de 1,0-1,5 % pe sita de 4700 ochiuri/cm2. Barbotina de degresant se colectează intr-un vas unde in etapa a doua s-a adăugat restul de material plastic si s-a executat deleierea. După omogenizarea corespunzătoare barbotina obținuta este deshidratata pe placa de ipsos pana la o umiditate de aproximativ 26,5% pentru care consistența a fost corespunzătoare unui raport de turtire Pfefferkorn de r=3,07 .

Principiul metodei : metoda se bazează pe faptul că în cazul aceleași forțe de deformare, gradul de deformare al unei paste de umidități diferite variază liniar în

funcție de umiditatea acestora. Această dependență este liniară într-un domeniu destul de larg de umidități, în jurul consistenței plastice a pastei. Stabilindu-se în mod convențional pentru plasticitate normală un raport de turtire de 3,3 prin interpolare sau extrapolare de pe dreaptă se determină conținutul procentual de apă corespunzător acestui grad de deformare, procent de apă care constituie indicele de plasticitate după Pfefferkorn.[7]

In continuare determinările au fost efectuate pe pasta cu raportul de turtire 2,0 si umiditate 32,86%.

Determinarea puterii liante s-a realizat pe epruvete sub forma de opturi cu o secțiune de rupere de 5 cm2. Încercările s-au făcut pe un număr de trei probe luându-se ca rezultat media aritmetica.

Contracția la uscare : consta in micșorarea dimensiunilor liniare a produselor proaspăt fasonate ca urmare a proceselor fizice care insotesc uscarea. Determinările s-au făcut pe epruvete uscate, care in prealabil au fost însemnate cu șublerul când erau in stare de pasta.

Rezistența la încovoiere în stare uscată : epruvetele sunt supuse încercării de rupere prin încovoiere de către o forță care acționează la mijlocul epruvetei sprijinită pe două reazeme la egală distanță de secțiunea de aplicare a forței.

Contracția la ardere a fost făcuta pe același tip de epruvete iar rezultatul a fost obținut după ce acestea au fost arse la temperaturi de 11300C și 11600C.

Arderea epruvetelor s-a realizat in cuptor de laborator cu bare de silita. Încălzirea a fost făcuta progresiv în 8 ore pana la atingerea temperaturii de 11300C respectiv 11600C cu un palier de o ora la temperatura maximă. Răcirea s-a realizat in mod natural, epruvetele fiind scoase din cuptor a doua zi.

Determinarea absorbției de apa: s-a făcut prin introducerea intr-un cristalizor, care a fost plasat in recipientul metalic unde s-a făcut vid. După punerea capacului s-a făcut legătura cu pompa de vid iar după ce presiune din vas a scăzut la 20 mm Hg, se introduce lichidul de absorbție (apa) pana ce epruvetele au fost in întregime acoperite. In acest timp presiunea se menține la max 20mm Hg. Densitatea aparentă s-a determinat prin cântărire hidrostatică.

Rezistenta în stare arsă s-a determinat cu o mașină de încercat la tracțiune tip MT 58 fabricație TEBA-Timișoara adaptată pentru încercare la încovoiere pe

epruvete de 65*10*10 mm și o distantă între reazăme de 50 mm.

Determinarea dilatării : s-a făcut cu un dilatometru tip Ulbricht de construcție Weiss ale cărui piese de transmitere sunt din sticla de silice.

Umflarea întârziata : epruvetele s-au tratat in autoclava, pentru accelerarea umflării la temperatura de 1740C si o presiune de 8,6 atm. epruveta s-a încălzit apoi la dilatometru pana la eliminarea completa a apei absorbite, la 4500C. odată cu eliminarea apei se produce contracția epruvetei, egala ca valoare cu cea a umflării.[7]

II.3. Rezultate si discuții

Compoziția chimică a materiilor prime utilizate (determinate în laboratorul Întreprinderii Faimar) .

Compoziția chimică a materiilor (%, gr.) TAB :2.2

După cum se observă din datele prezentate caolinurile utilizate prezintă un conținut relativ ridicat de Fe2O3 peste cel utilizabil în industria porțelanului, dar considerat acceptabil în industria faianței. Excepție fac intr-o oarecare măsură caolinul KS1 : Fe2O3-0,87% și caolinul Harghita : Fe2O3-0,94% și acestea sub nivelul acceptat pentru porțelan.

Se remarcă de asemenea conținutul ridicat de Fe2O3-2,5% în argila de Bochia introdusă în masă din rațiuni economice și pentru aportul la plasticitate și rezistențe în stare uscată. Tot pentru plastifiere și rezistența în stare uscată este introdus și caolinul de Harghita. Conținutul de Al2O3 al caolinurilor introduse se află în limitele uzuale 29-35%.

Având în vedere conținutul de fondanți relativ ridicat (Fe2O3+CaO+MgO+R2O) s-a renunțat la introducerea feldspatului în rețetă.

Biscuitul și nisipul au componenți în domeniile cele uzuale pentru faianță.

Copozitiile oxidice calculate ale maselor experimentale : TAB: 2.4

TAB: 2.5

După cum rezultă din compozițiile oxidice ale maselor experimentale, acestea se încadrează în domeniul uzual pentru faianțele argiloase, atât conținutul de Al2O3 și cel de oxizi fondanți și cel de Fe2O3 putând fi considerate acceptabile.

TAB :2.6

Umiditate : W=(Gumed-Guscat/ Guscat)*100 în care:

-umed: greutatea epruvetei în stare de pasta

-uscat: greutatea epruvetei în stare uscata

Plasticitatea masei M1 poate fi considerată satisfăcătoare iar la M2 plasticitate ridicată. In aceste condiții apar relativ surprinzătoare valorile apropiate ale puterii liante și a contracției la uscare a celor doua mase.

Epruvetele sunt sub forma de baghete (1) si lamele(2).

1. 2.

1,0 0,8

5,0 5,0

1,0 2,0

Rezultatele au fost calculate cu relația :

r,î=3/2*(P*l/b*h2) în care:

h : înălțimea epruvetei în zona de rupere

b : lățimea epruvetei în secțiunea de rupere

P : forța de rupere

L : 5,2 mm

Rezistențele în stare uscată ale ambelor mase experimentale pot fi considerate satisfăcătoare pentru utilizare industrială, mai ales dacă are în vedere că pasta folosită la fasonare plastică în fabrică mai suferă o dublă vacuumizare care ridică sensibil rezistențele în stare uscată. Se remarcă de asemenea împrăștierea relativ mare a valorilor obținute mai ales pentru M2 ceea ce arată dependența foarte importantă a valorilor obținute de calitatea epruvetelor obținute pe care s-au făcut încercările

Prezentarea indicilor de compactitate ai maselor experimentale pentru temperaturile de ardere la 11300C si 11600C. TAB :2.7

După cum rezultă din datele prezentate pentru probele arse la 11300C valorile indicilor de compactitate prezintă diferențe foarte mari ceea ce poate fi atribuită eventual unei arderi neuniforme în cuptor (poziție sub bare cu grad diferit de uzură și deci cu radiație diferită) fie erorilor experimentale.

Pentru probele arse la 11600C valorile indicate sunt mai grupate, ele indică o compactizare relativ slabă, absorbție de apa între 16-20% fiind prea ridicate pentru faianțe argiloase.

Valori de acest ordin fiind acceptabile numai pentru faianță calcaroasă.

In cazul masei M2 se observă că valorile absorbției de apă sunt prea ridicate atât pentru arderea la 11300C cât și pentru arderea la 11600C.

Concluzia care rezultă este că în ambele mase experimentale, conținutul de fondanți este insuficient pentru o formare minim satisfăcătoare de fază sticloasă.

Rezistența în stare arsă ale maselor experimentale. TAB :2.8

Concluzii : pentru masa M1 rezistențele determinate pe lamele au valori mai ridicate decât cele pe baghete.

Pentru ambele tipuri de epruvete rezistențele cresc cum era normal pentru arderea la 11600C având valori satisfăcătoare care se aproprie de valoarea minimă impusă pentru plăcile de faianță, în cazul ceramicii de menaj neexistând valori fixate prin standarde.

Împrăștierea observabilă în ce privește rezultatele sugerează și o calitate mai slabă a epruvetelor datorită fasonărilor din masă plastică, prin bătătorire în forme.

Valorile reale și superioare se obțin pe epruvete extrudate dintr-o pastă dublu extrudată.

Se prezintă calculul coeficienților medii de dilatare in intervalul 20-100, 20-200,…….….,20-600. TAB: 2.9

Conform valorilor prezentate în tabel atât pentru masa M1 cât și pentru masa M2 coeficienții medii de dilatare se situează în domeniul valorilor uzuale spre partea inferioară a domeniului. Valorile de 6,38*10-6 respectiv 6,71*10-6 pentru în intervalul 20-600 permițând găsirea unor glazuri cu coeficient de dilatare adecvat mai ales pentru M2.

MASA 1 FIG 3

MASA 2 FIG 4

Curbele dilatare-temperatură ale celor două mase experimentale prezintă o ușoară creștere regulată și uniformă. Nu se remarcă creșteri bruște care să denote fenomene, însoțite de o variație de volum.

Comportarea la umflare ale celor două mase. TAB : 2.10

Concluzii : după cum se constată în valorile prezentate în tabel pentru masa M1 valorile umflării întârziate sunt prea mari, indicând o mare sensibilitate față de acțiunea de durată a umidității. Întrucât valoarea minimă acceptabilă ar fi de 0,1% masa M1 poate fi considerată necorespunzătoare din acest punct de vedere. Masa M2 poate fi considerată ca satisfăcătoare la limită.

In concluzie : masele experimentale realizate cu materiile prime luate în considerare prezintă proprietăți satisfăcătoare pentru fabricație, situate însă spre partea inferioară a valorilor admise.

Valorile obținute sugerează însă că încercarea în continuare și a altor variante de compoziții cu aceleași materii prime poate da chiar valori superioare.

In principal concluzia este că direcția încercărilor ulterioare este de dorit să meargă spre o vitrificare puțin mai avansată a masei, spre absorbții de apă de 12-15%.

Cap III. MEMORIU JUSTIFICATIV

III.1. Alegerea și justificarea fluxului tehnologic

Fabricarea faianței de menaj constituie unul din cele mai complexe procedee de fabricație in industria ceramică. Procedeul uzual folosit pentru prepararea masei este procedeul de măcinare umedă si obținerea sub formă de barbotină caracteristic maselor ceramice. Prin măcinare umedă se urmărește o omogenizare mai buna a materiilor prime care trebuie sa aibă dimensiuni ale granulelor sub 0,06 mm.

Plasticitatea mai mare a masei de faianță si deformația mai mica a produselor in timpul arderii simplifică foarte mult fasonarea produselor, încărcarea lor in capsule si alte operații, în comparație cu fabricarea porțelanului, ceea ce da o economie însemnată in consumul de manoperă, energie electrică si diferite materiale auxiliare.

Rezistența mecanică si rezistența la șoc a faianței sunt mai mici decât ale porțelanului, semiporțelanului si produselor de ceramică vitrifiată. De aceea vasele de faianța sunt mai puțin durabile decât cele de porțelan sau de ceramica vitrifiată. Faianța este mai puțin igienica, deoarece prin degradarea stratului de smalț materialul poros se impurifică ușor.

Prepararea maselor se face după rețete corespunzătoare. In funcție de procedeul de fasonare se prepară fie pastă plastică, fie o barbotina, fie un amestec pulverulent, necesar in cazul fasonării produselor prin presare. La multe fabrici cu un sortiment variat de produse se prepara mase din toate cele trei tipuri menționate.

Secția de preparare se utilează cu mori pentru măcinarea fina a materiilor prime, cu site vibratoare pentru curățirea barbotinelor de impurități, cu malaxoare pentru amestecarea materiilor prime fin măcinate cu argila si caolin, cu filtru-presa pentru îndepărtarea parțiala a apei din barbotine in vederea obținerii unei paste plastice, cu uscătorii si agregate de măcinare pentru obținerea amestecurilor pulverulente si camere pentru macerarea pastelor plastice. Prepararea corecta si îngrijita a maselor determina in mare măsura calitatea producției fabricii.

Fabricile care produc porțelan sau faianța de menaj sau obiecte de arta sunt prevăzute cu secții mari, in care se efectuează ornamentarea produselor. In prezent decorul manual se folosește mai ales in cazul aplicării liniilor la marginile farfuriilor, ceștilor si farfurioarelor, precum si in cazul executării decorului pe vase si obiecte de arta. O mare parte a produselor se ornamentează cu ajutorul unor metode mai ieftine si mai productive prin decalcografie, cu tipare, prin imprimare etc.

Pentru fixarea decorului aplicat deasupra smaltului, produsele se ard la 700-8500. Deoarece diferite culori necesita temperaturi variate de ardere, produsele se ard de câteva ori in cuptoare cu mufe sau electrice. In aceste cuptoare se poate crea ușor un mediu oxidant sau reducător, după trebuința.

III.2. Descrierea fluxului tehnologic

Materiile prime : caolinuri, argila, biscuit, cuarț si apa se dozează conform rețetei si se introduc in moara. Măcinarea fina a materialelor prime folosite pentru masele de ceramica fina si smalturi se efectuează pana la un anumit rezidiu pe sita cu 10 000 ochiuri/cm2, corespunzând unei fineți de maximum 60. Prima etapa a măcinării durează circa 4 ore pentru aducerea materiilor prime la gradul de finețe cerut. In aceasta etapa se introduce o cantitate de caolin reprezentând 15% din cantitatea de materii degresante pentru menținerea in suspensie a amestecului.

Urmează faza a doua a măcinării când se introduce restul de caolin. Pentru omogenizare se continua măcinarea incă 1-2 ore.

Barbotina obținuta se trece peste o sita vibratoare cu ochiuri 0.1 – 0.15mm pentru îndepărtarea bucăților mai mari care s-ar putea desprinde din căptușala morii sau din corpurile de măcinare. Se trece apoi peste o baterie de magneți pentru deferizare. Pierderile pentru etapa de cernere si deferizare se considera 0.5%.

Barbotina de o umiditate de circa 35% se deshidratează in filtre-prese, prevăzute cu pompe cu membrana, având presiunea de regim pana la 10 At. Productivitatea filtru-preselor se determina prin capacitatea lor, care in funcție de dimensiuni variază de obicei intre 500 si 1500 l, precum si prin aptitudinea de filtrare a barbotinei, de care depinde durata de pompare a filtru-presei.

Durata de filtrare prin filtru-presa, pentru obținerea unor turte cu umiditatea de 25% este de 2.5-3h , caracterizata printr-un conținut mare de argila. Prin încălzirea barbotinei se accelerează procesul de filtrare. Pentru mărirea omogenității pastelor, acestea se prelucrează in malaxoare elicoidale. Malaxoarele elicoidale cu vid asigura pastelor plasticitate ridicata la fasonare, deoarece se elimina bulele mari de aer (conținutul de aer al pastei se reduce la 1-3 %).

Vacuumarea pastelor reduce porozitatea produselor, mărește rezistenta lor mecanica, stabilitatea lor chimica, precum si indicii dielectrici. Afara de aceasta, îmbunătățirea proprietăților de fasonare ale pastei obținute in acest caz permite mărirea sortimentului de produse, precum si a productivității utilajului de fasonare, permite folosirea argilei in cantitate mai mica, ceea ce duce la mărirea indicelui alb al produselor. Folosirea pastelor vacuumate condiționează rezistenta mecanica ridicata a

produselor crude, reduce rebuturile in secțiile de fasonare si contribuie la mărirea productivității muncii lucrătorilor de la fasonare.

Fasonarea din pasta plastica are unele particularități care diferă de celelalte procedee de fabricare a produselor. Umiditatea pastelor folosite pentru fasonarea produselor de faianța plane ( farfurii, farfurioare ) este 23-24%, iar pentru produsele cu goluri ( cești, ceainice, ulcioare ) 25-27%. Pasta trebuie sa fie omogena si plastica, fără bule mari de aer.

Etapa următoare este uscarea. Produsele fasonate plastic se usucă de la o umiditate de 23-24% la 2% conținut de apa. Uscarea trebuie condusa cu grija pentru a se evita rebuturile prin fisurare sau deformare a pieselor ca urmare a eliminării apei.

Produsele uscate se retușează, se remedează unele defecte care se mai pot remedia.

Arderea I-a ( biscuit ) a produselor. Prin procesul de ardere, sub acțiunea temperaturii, au loc transformări fizico chimice in urma cărora in amestecul inițial de materii prime rezulta componenți noi cu proprietăți deosebite. In cazul ciobului de faianța, textura si toate proprietățile caracteristice acestui ciob sunt realizate la prima ardere, numita ardere biscuit. Principalele transformări care au loc sunt:

-eliminarea apei absorbite;

-eliminarea apei de constituție din caolinuri si transformarea acestora in metacaolinit : Al2O3*2SiO2*2H2OAl2O3*2SiO2+2H2O

-mulitizarea metacaolinitului prin intermediul fazei spinelice, cu eliminarea de silice: 2(Al2O3*2SiO2) 2Al2O3*3SiO2+SiO2

3(2Al2O3*3SiO2) 2(3Al2O3*2SiO2)+5SiO2

-formarea fazei lichide prin dizolvarea silicei de către feldspat si topirea restului de feldspat.

Palierul maxim la arderea biscuit a faianței este de 1140-11600C, așa încât transformările chimice se opresc in stadiul in care cristalele de mullit sunt in faza incipienta de formare iar faza lichida este putina, atât cat sa asigure unirea granulelor constituenților principali. Textura finala a faianței este specifica unui ciob poros si opac.

După sortarea si eliminarea rebuturilor produsele se desprăfuiesc înainte de glazurare. Prin glazurarea produselor de faianța se asigura in primul rând

impermeabilizarea ciobului poros si in al doilea rând se realizează o serie de efecte estetice. Pentru articolele decorative glazura asigura de regula ambele roluri amintite anterior. După zvântarea glazurii depuse, produsul este trecut pe o banda tip mocheta umezita unde se șterge glazura de la baza produsului, astfel ca la arderea II-a sa nu se producă lipirea de placa vagonetului.

Arderea II-a a produselor. Scopul arderii a II-a pentru produsele de faianța se rezuma doar la formarea stratului aderent de glazura prin topirea si fixarea lui, deoarece ciobul propriu zis este format la arderea biscuit. Fenomenele care au loc la arderea glazurii sunt : uscarea, deshidratarea, disociația, sinterizarea si topirea glazurii. Caracteristic pentru ciobul de faianța este aplicarea unei glazuri care sa se topească la temperatura mai mica sau cel mult egala cu temperatura maxima de la formarea ciobului. Arderea glazurii se realizează tot in cuptor tunel, cu funcționare continua, construit după aceleași principii ca cel de la arderea biscuit. Produsele sunt încărcate pe structura refractara a vagoneților de ardere. După arderea glazurii produsele descărcate se transporta la mesele de sortare unde se îndepărtează cele cu defecte.

Decorarea produselor. Prin decorare peste glazura se realizează atât sporirea aspectului estetic cat si mascarea unor mici defecte, care neacoperite ar scădea gradul de apreciere al produsului.

Arderea decorului. Pentru ca decorul aplicat sa devină rezistent la acțiunile mecanice si chimice, produsele se supun arderii la o temperatură de 750-8000C, care asigura vitrifierea acestor culori. Diagrama de ardere trebuie riguros respectata deoarece chiar si la mici variații de temperatura se pot produce defecte iremediabile.

Sortarea finala si ambalarea produselor. Aceasta operație consta in clasarea pe patru calități a produsului, in conformitate cu prevederile înscrise in STAS 3151-52. sortarea se face prin metoda bucata cu bucata, pentru fiecare sortiment in parte. Consemnarea calității se face prin aplicarea ștampilei de culoare roșie la cal. I-a, verde la cal. II-a, albastru la cal. III-a, negru la cal. IV.

Ambalarea este ultima operație a fluxului tehnologic după care produsul se poate livra beneficiarilor.

III.3. Condiții impuse materiilor prime

Materiile prime utilizate pentru obținerea faianței de menaj sunt: caolinuri, argile, biscuit, nisipuri. Ca urmare a standardelor indicate de calitate impuse faianței de menaj este necesară utilizarea unor materii prime de cea mai bună calitate.

Caolinul pentru industria ceramicii fine, comform STAS 9217-76 trebuie să îndeplinească următoarele limite impuse:

Al2O3 % min 34-36

Fe2O3 % max 0,7-0,8

SiO2 % max 48-50

TiO2 % max 0,1-0,25

R2O % min 0,5-0,6

Plasticitatea Pffeferkorn % 40-45

Indice tixotropic % 1,2

Grad de alb % min 68

Rest pe sita 0,063 % min 0,1

Caolinul se livrează în saci, granulat.

Argilă pentru industria ceramicii fine conform STAS trebuie să aibă proprietățile:

Al2O3 % min 34

Fe2O3 % max 1,5

SiO2 % min 46-48

TiO2 % max 0,6

Rezistența la rupere prin încovoiere daN/cm2 21

Refractaritatea min 177

Contracția totală % la 1410 16-18

Nisip cuarțos: trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

Al2O3 % max 0,07-0,25

CaO % max 0,25

SiO2 % min 95-98,5

TiO2 % max 0,1-0,3

Fe2O3 % max 0,07-0,25

Părți levigabile max 0,7-2,0

Umiditate de referință max 5 [8]

III.4. Bilanț de materiale

Bilantul de materiale se face pentru 24 de ore. Cuptorul tunel proiectat are o productivitate de 24t/zi produse biscuitate. Pentru arderea II se considera un rebut de 25%. Deci la glazurare intra:

24000*0.95=22800Kg

Glazura reprezinta 2% din masa de biscuit deci:

22800*0.02=456 Kg glazura cu o umiditate de 30%

22800 456 Kg

Kg biscuit glazura

23256 Kg produs

Cu pierderile de 0,5% la sitare si deferizare trebuie sa se prepare 456*100/99.5=458.29 Kg glazura .

Glazura are o umiditate de 30% ceea ce inseamna

458.29*0.3=137.48 l. apa

458.29*0.7=320.80 Kg material uscat

320.8 137.48 l. apa

Kg mat. Uscat

458.29 Kg glazura (w=30%)

pentru arderea a II-a intra deci 23256 Kg produse. In timpul arderii se pierde apa din glazura 137.48 litri.

Dupa glazurare avem: 23256-137.48=23118.52 Kg

Rebutul la ardere glazura este de 2% rezulta dupa arderea a II-a avem:

23118.52*0.98=22656.14 Kg

23256 Kg

137.48 22656.14 462.38

apa produs refuz

Dupa ardere decor se mai pierde 2% reprezentand rebuturile deci:

22656.14*0.98=22203.01 Kg produs util

22656.14 Kg

453.1 22203.01 Kg

Kg rebut produs util

La arderea I intra produsele cu apa reziduala de la uscare, 2% si fata de produsul final se iau in calcul si pierdderile la calcinare 5%.

98 Kg mat. Uscat………………………………..2 l. apa

24000 Kg……………………………………………x

x=489.79 l. apa

rezulta 24000+489.79=24489.79 Kg

100 Kg produs…………………..5% pierderi……………….95% util

x………………………………………………………………………..24489.79 Kg

x=25778.72 Kg

25778.72 Kg (w=2%)

1288.93 P.C 489.79 apa reziduala

1700 22300

rebut produs util

Pierderile la uscare sunt: 4%

24000*100/96=25000 Kg iese total de la ardere

-80% se obține prin fasonare plastică și 20% prin presare isostatică ceea ce reprezintă:

-19200 Kg prin fasonare plastică

-4800 Kg prin presare isostatică

Pentru fasonarea plastică w=22%, 19200 Kg produs.

Materialul după uscare de o umiditate de 2%, deci la:

100 Kg produs………………………2 Kg apă

19200 Kg……………………………..x

x=384 Kg apă

La 19200 Kg produs, materialul uscat este:

19200-384=18816 Kg material uscat

Pentru o umiditate de 22% avem nevoie de: 78 Kg material uscat………………..22 Kg apă 18816 Kg……………………………..x

x=5307,07 Kg apă

Deci avem o cantitate de : 18816+5307,07=24123,07 Kg produs cu umiditatea de 22%.

Ținând seama de pierderile de 2% la fasonare în această etapă intră:

24123,07*100/98=24615,37 Kg pastă cu w=22%

24615,37 Kg

pastă cu w=22%

492,3 24123,07 Kg

rebut produs

Apa pierdută la uscare din produsele fasonate plastic este:

5307,07-384=4923,07 Kg apă

Pentru fasonarea prin presare isostatică, w=3%, 4800 Kg

Materialul după uscare de o umiditate 1%, deci la:

100 Kg produs………………………1 Kg apă

4800 Kg………………………………x

x=48 l. apă

4800-48=4752 Kg material uscat

Deci la o umiditate de 3% apă vom avea:

97 Kg mat. Uscat…………………….3 l. apă

4752 Kg……………………………….x

x=147,96 l. apă

4752+147,96=4899,96 Kg produs cu w=3%

4949,45 Kg

material cu w=3%

49,49 4899,96

Kg rebut Kg produs

Pasta se obține prin deshidratarea din barbotină de w=35%

24615,37 Kg pastă………………………x Kg mat. uscat

100 Kg……………………………………78 Kg (w=22%)

x=19199,98 Kg mat. uscat

Pentru o umiditate de 35% avem nevoie de :

65 Kg mat. uscat………………………..35 Kg apă

24615,37 Kg……………………………..x

x=13245,43 Kg apă

Deci in etapă intră : 24615,37+13245,43=37869,8 Kg barbotină, dar ținând cont de pierderile de 0,5% la deshidratare intră:

37869,8*100/99,5=38060,10 Kg barbotină

38060,10 Kg barbotină (w=35%)

13253,48 Kg apă 191,25 Kg pierderi

24615,37 Kg

pastă (w=22%)

La cernere și deferizare avem pierderi de 0,5% deci în etapă intră:

38060,10*100/99,5=38251,35 Kg barbotină

38251,35 Kg barbotină

191,25 Kg 38060,10 Kg

pierderi barbotină

Pentru o rețetă de : -Caolin: 59%

-Nisip: 19%

-Biscuit: 18%

-Feldspat: 1%

-Bentonită: 3%

-15% Caolin din cantitatea de degresant este :

100 Kg degresant………………………..15 Kg caolin

38 Kg……………………………………x

x=5,7 % caolin

Deci din 59% caolin:

-5,7% caolin se adaugă in prima treaptă a macinării

-53,3 se adaugă in treapta a II-a

Barbotina are o umiditate de 35% ceea ce înseamnă la 38251,35 Kg barbotină avem:

38251,38*0,35=13387,98 Kg apă

38251,38*0,65=24863,39 Kg material uscat

Din materialul uscat avem:

-3729,5 Kg caolin in prima etapă

-10939,89 Kg caolin in etapa a II-a

-4724,04 Kg nisip

-4475,4 Kg biscuit

-248,63 Kg feldspat

-745,90 Kg bentonită

Aceste materiale uscate cu o umiditate de 2%, ceea ce determină diminuarea cantității de apă adăugată:

3729,50*2/98=76,11 Kg apă

10939,89*2/98=223,26 Kg apă

4724,04*2/98=96,40 Kg apă

4475,4*2/98=91,33 Kg apă

248,63*2/98=5,07 Kg apă

745,90*2/98=15,22 Kg apă

76,11+223,26+96,33+5,07+15,22=507,39 Kg apă

13387,99+507,39=13895,38 Kg apă

4475,4 Kg biscuit

4724,04 Kg nisip 248,63 Kg feldspat

3729,5 Kg caolin 745,9 bentonită 13895,38 apă

10939,98 Kg caolin

38758,75 Kg barbotină

III.5. Încadrarea fluxului cu utilaje

Pentru dozarea materialelor conform rețetei se utilizează cântar tip 30-4 [9] având caracteristicile :

Lungime* lațime* inălțime [mm] 2150*1100*1845

Greutate [Kg] 580

Capacitatea maxima de cântărire 1000 Kg

Pentru macinarea umeda se utilizeaza mori cu bile cu functionare discontinua. Se considera durata macinarii de aproximativ 4 ore – 6 ore in prima etapa si 2 ore in etapa a doua. Pentru o producție de aproximativ de 24 t/24 ore se alege o moară tip 398-35 [10] care are o încărcătură de 3800 kg material. Necesarul de mori este de 5 mori ca lucreză în doua schimburi.

Caracteristicile morii :

-grosimea căptușelii mm 110

-cantitatea de material Kg 3800

-cantitate de material +bile Kg 6560

-turația morii 1/min 14

-turația motorului 1/min 18,5

Pentru cernere-deferizare se folosește vibrosită tip 274,00 [10] având caracteristicile :

-suprafață m2 1,36

-lungime mm 1700

-lățime mm 800

-putere KW 1,1

-greutate Kg 280

-lungime x lățime x înălțime mm 2200*1150*800

și un ferofiltru Feantz tipul U1/S3 [10] cu dimensiunile lungime*lățime*înălțime [mm] 324*324*390 și greutate Kg 29.

Rezervorul pentru barbotină trebuie să asigure necesarul pentru câteva zile. Se alege ca urmare două amestecatoare tip 009.07 [10] prevăzute cu un volum de umplere de 16,8 m3 fiecare la o umplere de ¾ din capacitate.

-turația paletelor U/min 11

-putere motor KW 3

-dimensiuni A mm 2200

D mm 3500

E mm 235

F mm 635

Pentru deshidratare se utilizează filtru presă cu pompă acționată electronic-hidraulic, tip 630/45** [10] având caracteristicile :

-grosimea turtei mm 30

-număr maxim de camere 41

-suprafața filtrului deschis dm2 2747

închis dm2 2435

-volumul unei turte deschis dm3 394

închis dm3 361

-greutatea presei Kg 2260

-presiunea maximă de filtrare 15 bari

-presiunea maximă deînchidere 450 bari

In continuare pasta este trecută printr-o presă vacum tip 250.26 [10] de 2000-5000 Kg/oră.

-putere KW 9

-lungime*lățime*înălțime mm 4400*600*1650

-greutate Kg 2500

Pentru fasonarea plastică se utilizează patru mașini pentru fasonat cesti si trei mașini pentru fasonat farfurii.

Fasonarea cestilor se face cu mașini automate de tip 805.47 [10] care au uscător atașat. Caracteristici :

-productivitate 110 buc/oră

-puterea instalată 200000 Kcal/h

-puterea instalată a motorului 43 KW

-consum aer 22 Nm3/h b. 6 bar

-consum apă 200 l/h

-lucrători 2 persoane

-lungime*lățime*înălțime 16000*7900*3900

Fasonarea farfuriilor se face cu mașini de tip 802.50 [10] care au uscător atașat. Caracteristici :

-productivitatea 4*216 buc/oră

-puterea instalată 320000 Kcal/h

-puterea instalată a motorului 80 KW

-consum aer 95 Nm3/h b. 6 bar

-consum apă 200 l/h

-lucrători 2 persoane

-lungime*lățime*înălțime 20000*5500*5300

Pentru ardere biscuit se utilizează un cuptor tunel, cu funcționare continuă proiectat la punctul VI.

Pentru obținerea glazurii se utilizează o moară cu bile tip MBM 500[ 9 ] cu un conținut de 500 Kg material (fără bile).

Barbotina de glazură se sitează pe o vibrosită tip 188,10 [10] si se trece peste un ferofiltru de același tip ca si cel utilizat pentru barbotina pentru filtru presă.

III.6. Dimensionarea termo-tehnologica a cuptorului

Date de proiectare:

Introducere ;

Calcule privind compoziția produselor;

Predimensionarea cuptorului tunel;

Calculul teoretic al combustiei;

Calculul pierderilor de căldura;

DATE DE PROIECTARE

Cuptor tunel pentru arderea a II-a a produselor fasonate de faianța de menaj

Productivitatea: 5500 t/an;

Temperatura de ardere: 11800C;

Combustibil: gaz metan;

Aer secundar: rece;

1. INTRODUCERE

Cuptoarele pentru produse stivuite pot fi de mai multe feluri. Cuptoarele cu funcționare continua cu produse în mișcare si focul staționar cuprinde cuptoarele tunel cu mișcare liniara si cu mișcare circulara a produselor.

Datorita avantajelor pe care le prezintă fata de alte tipuri de cuptoare folosite în industria ceramica, cuptoarele tunel au cunoscut o dezvoltare mereu ascendenta ca arie de utilizare si ca perfecționare tehnica. Aceste avantaje, pot fi rezumate la următoarele: efectoarea în afara cuptorului a operațiilor de încărcare si descărcare; posibilitatea de menținere constanta în spațiu a regimului termic stabilit, ceea ce contribuie la îmbunătățirea calităților produselor; automatizarea ușoară a procesului termo-tehnologic.

Dezavantajul lor consta în costul de investiții mai ridicat (cărămizi fasonate, de forma complicata, vatra mobila formata de vagoneți, benzi de transport sau de alte dispozitive de transport).

Cuptorul tunel.

Se compune dintr-un canal, a cărui lungime atinge uneori 150m, mărginit în părțile laterale cu pereți zidiți din cărămizi refractare si cărămizi termoizolante. El este acoperit cu o bolta în arc, sau uneori plana suspendata. Vatra cuptorului este formata în funcție de mărimea si de capacitatea de producție, din vagoneți platforma. În cuptorul tunel, produsele supuse procesului termotehnic se trec dintr-un capăt al canalului spre celalalt, iar aerul si gazele fierbinți se deplasează în întâmpinarea lor în direcție opusa. Prin controlul adecvat al parametrilor de funcționare se poate reproduce curba de ardere stabilita. Răcirea produselor se face direct, printr-un curent de aer, sau indirect, prin intermediul unor suprafețe de radiație, răcite cu ajutorul unui curent de aer sau apa, folosit apoi parțial direct sau indirect, la uscarea produselor.

În timpul trecerii lor prin cuptorul tunel, materialele parcurg succesiv următoarele trei zone: zona de preîncălzire a produselor crude; zona de ardere; zona de răcire a produselor arse.

În cele ce urmează vor fi arătate principiile de funcționare a acestor trei zone.

Zona de preîncălzire: asigura preîncălzirea produselor, în cotracurent, în mod uniform la gradienti termici cât mai mici posibili pe întreaga secțiune transversala a

canalului si cu respectarea vitezei de încălzire prescrisa prin diagrama de ardere

Uniformizarea temperaturii pe întreaga secțiune transversala a canalului reprezintă problema cea mai importanta si cea mai dificila de realizat a cuptoarelor pentru arderea produselor fasonate. În acest scop se urmărește folosirea unui volum cât se poate de mare de gaze, care sa asigure umplerea cu gaze a întregii secțiuni transversale a canalului.

Viteza de mișcare a gazelor prin zona de preîncălzire este cuprinsa în general între 2,5 si 5m/s. Din cauza forței ascensionale, gazele fierbinți au tendința de a se ridica, fapt care poate produce o distribuție a temperaturilor conform figurii.

În zona de ardere temperatura produselor se ridica până la valorile maxime prevăzute de diagrama de ardere. În aceasta zona trebuie îndeplinite următoarele condiții: dezvoltarea cantității de căldura necesara; transmiterea căldurii suprafețelor de încălzire a produselor; izolarea termica eficienta pentru reducerea pierderilor în mediul înconjurător. Încălzirea se poate face cu flacăra, cu gaze fierbinți din arderea combustibilului sau electric. Combustibilul cel mai răspândit pentru încălzirea cuptoarelor tunel este cel gazos. În zona de ardere se adaugă, pe lângă pericolul obținerii unor produse de calitate neuniforma sau chiar necorespunzătoare, si prăbușirea eventuala a încărcăturii la arderea unor produse din argila cu un interval mic de vitrifiere. În cazul unor neuniformități ale temperaturii, în unele locuri ale încărcăturii pot apărea temperaturi înalte, atingând valoarea de deformație, ceea ce poate produce căderea încărcăturii. La distribuirea neuniforma a temperaturilor pe secțiunea transversala a tunelului poate sa contribuie si spațiul liber, din partea de sus, dintre încărcătura si bolta, creând astfel un drum preferențial pentru trecerea gazelor.

Zona de răcire e o etapa foarte delicata a procesului termotehnologic. Ea se face, de cele mai multe ori, cu aer, din care o parte e folosita la arderea combustibilului, iar cealaltă parte este extrasa din zona de răcire, pentru a fii folosita

la uscătorii, deoarece cantitatea de aer necesara pentru răcirea produselor la 3100….3200K depășește pe cea necesara pentru combustie.

Deplasarea cu vagoneți a produselor supuse procesului termotehnologic.

La cuptoarele tunel cu capacități de producție mai importante, produsele supuse procesului termotehnologic se transporta, prin canalul cuptorului pe vagoneți speciali. Vagoneții se compun dintr-un cadru metalic, așezat prin intermediul unor paliere, prevăzut de cele mai multe ori cu rulmenți, pe trenuri de roti. Cadrul metalic este protejat de influenta temperaturii înalte si de acțiunea gazelor din cuptor, printr-o căptușală refractara, din cărămizi refractare sau beton refractar. Pentru a reduce la minimul posibil acumularea de căldura în platforma si pierderile de căldura în mediul înconjurător, se folosesc din ce în ce mai mult materiale refractare termoizolante. Raportul dintre lungimea si lățimea vagonetului este cuprins între 1,0 si 1,50, fiind de cele mai multe ori aproape de 1. Pârtile metalice ale vagonetului lucrează în condiții grele, temperatura lor putând sa ajungă uneori în zona de ardere la 4700K. Aceasta îngreunează mult ungerea osiilor si impune folosirea unor lubrefianți speciali. În jgheaburi, alunecarea pe platbande metalice, fixate pe ramele vagonetului, realizând astfel o etanșare între canalul de ardere al cuptorului si canalul de sub platformele vagoneților. Etanșeitatea închizătoarelor cu nisip are o foarte mare influenta asupra funcționarii cuptorului. Nisipul din jgheab se împrăștie si se deplasează în direcția de mișcare a vagonetului.

De aceea trebuie completat periodic prin orificii speciale în zidăria cuptorului. Vagoneții se pot deplasa periodic sau continuu. În primul caz, vagonetul trebuie împins cu viteza maxima admisibila pentru stabilitatea încărcăturii, durata de mișcare fiind de 4….8 minute, restul timpului vagonetul este în repaus. În cazul unei mișcări continue ( folosita mai rar la transportul cu vagoneți ) aceștia se găsesc în repaus timp de 5…10 minute, necesare pentru introducerea si scoaterea lor, iar restul de timp se deplasează continuu în cuptor. Împingătoarele pot fii cu acțiune mecanica, hidraulica sau pneumatica. Cu împingătoarele mecanice nu se poate obține o punere în mișcare așa de lina a trenului cum este posibil cu împingătoarele hidraulice sau pneumatice, folosite aproape exclusiv în ultimul timp.

Așezarea produselor pe vagoneți . De alegerea sistemului de așezare a produselor supuse procesului termotehnologic, depinde nu numai funcționarea

regulata si continua a cuptorului tunel, ci si calitatea produselor, deoarece felul cum sunt stivuite produsele are o mare influență asupra distribuției gazelor si a transferului de căldura. Încărcătura trebuie sa fie stabila, compacta si permeabila la trecerea gazelor. [11]

2. Calcule privind compoziția produselor

pornind de la materii prime presupuse

RETETA

Caolin Viatovo-36%

Caolin Stogori-17%

Caolin Harghita-6%

Nisip Aghires-19%

Biscuit – 18%

Felspat R.Valcea-1%

Bentonita-3%

TOTAL =100%

COMPOZIȚIA CHIMICĂ A MATERIILOR PRIME ȘI A MASEI

3. Predimensionarea cuptorului tunel

Produsele arse în cuptor: farfurii adânci, prezintă următoarele caracteristici:

Pentru determinarea densității de așezare se alege:

Lățimea tunelului B=1,2 [m]

Înălțimea tunelului H=0,40 [m]

Lungimea unui vagonet Lv=1,5 [m]

Volumul util al cuptorului se calculează cu formula:

Vc=

-unde :

P- producția anuala a cuptorului m (t/an)

t- durata ciclului de ardere în ore

ta- indicele extensiv de funcționare a cuptorului în ore/an (8400)

m- cantitatea de rebuturi în timpul arderii în %

G- densitatea de așezare a încărcăturii în (t/m3)

Masa încărcăturii va fi:

m= 168*0,330=55,40 [kg]

55,40…………………………………….1,2*1,5*0,4 m3 x………………………………………….1 m3

x= [kg/m3]

G=0,07 [t/m3]

Înlocuind în formula ( 1 ) rezulta:

Vc=33,75 [m3]

Lungimea cuptorului va fi:

L=

Unde:

B-latimea tunelului în [ m ]

H-înaltimea tunelului în [ m ]

Prin înlocuire obținem:

L= [m]

Se adopta L=71 m ( lungimea tunelului )

Pentru predimensionare s-a considerat un indice extensiv de funcționare ta=8400 ore/an (350zile/an) si durata ciclului de ardere t=3,5 ore. Produsele se ard după curba de ardere prezentate în fig. 1

4. CALCULUL TEORETIC AL COMBUSTIEI

Alegerea combustibilului

-se alege gaz metan cu următoarea compoziție:

CH4= 93,0%; O2=0,8% ; N2=1,7%; C2H6=3,1%; C3H8=0,9%; C4H10=0,5%

-puterea calorifica interioara Hi=33740 [Kj/m3N]

Vat=0,04785*(2*93+3,5*3,1*4*0,9+0,5*6,5)=9,79 [m3N/m3N]

-cantitatea de gaze de ardere rezultate la 1 m3 de combustibil gazos

Vco2=0,01*(0,8+93+9*3,1+9*0,9+9*0,5)=1,343 m3N/m3N

VH2O=0,01*(2+93+3*3,1+4*0,9+5*0,5)=2,014 m3N/m3N

Adoptăm coeficientul excesului de aer de 1,25

Va=*Vat=1,25*9,74=12,17 [m3N/m3N]

VN2=0,791*12,17+0,01*1,7=9,64[m3N/m3N]

VO2=0,209*9,79*(1,25-1)=0,51 [m3N/m3N]

Vg=+0,25+(1,25-1)*12,17=11,77 [m3N/m3N]

qfiz=1*Ccomb*comb+Va*Cpa*Qa

Temperatura calorimetrica de ardere se calculează cu relația :

Qcal =Hi+qfiz/Vg*Cpg [0C]

-HI puterea calorimetrica inferioara a gazului;

-qfiz căldura sensibila;

Qfiz=1*1,985+12,28*1,298*25=448,11 [Kj/m3N]

Ccomb.=1992,5*0,99+1309*0,006+5,181=1,985 [Kj/m3NK]

-caldura specifica a gazelor de ardere:

Cpg=2,264*0,1474+1,777*0,297+1,417*0,3207+1,501*0,239

Cpg=1,j/m3NK

cal=

Concluzie:

-temperatura respectiva cal asigura desfășurarea procesului cu un randament de 0,75%

r=prc*cal=1670*0.75=12520C

5. Calculul pierderilor de căldura

Materialele folosite pentru construcția pereților laterali si a boltii cuptorului precum si caracteristicile lor sunt date mai jos:

Material Temp. Dens. Dilat. Compoziția Conductibilitatea termica []

Max. apar. Linia. 400 600 800 1000 1200

Board 1600 210 -2,0 Al2O3-71 0,09 0,12 0,1 0,18 0,21

1600 SiO2-28

Board 1400 350 -2,5 Al2O3-51 0,08 0,11 0,1 0,18 0,21

1400 SiO2-46

Form 1260 350 –– Al2O3-47 0,08 0,11 0,14 0,18 0,21

1260B SiO2- 50

Legrit 1000 –– -0,2 Al2O3-33 0,12 0,14 0,150,17 ––

1000-0,5 -0,5 SiO2-18

Fe2O3-13

Board 700 650 -2,0 Al2O3-21 0,12 – –– –– –-

700 SiO2-58

Z.A

-Pr1 – – – – Pr2- – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – R1- – – – – R2- –

Calculul cantităților de căldura pierduta în mediul înconjurător se face cu ajutorul relației pentru un perete compus:

q=K*( pi – a ) [ W ]

unde:

K- coeficientul total de transmisie a căldurii în [W/m2grd]

pi- temperatura la fata interioara a peretelui, respectiv a boltii;

Pentru cazul de fata se apreciază ca aceasta temperatura este egala cu cea a materialului astfel ca ea se poate lua după curba de ardere în [0C].

a- temperatura aerului în hala unde e instalat cuptorul în [0C].

Se considera ca Qa este 20 [0C] în zonele de preîncălzire si răcire, iar 40 [0C] în zona de ardere.

Coeficientul total de transmisie a căldurii K se calculează în acest caz cu relația : K= [W/m2grd]

unde:

i si i sunt grosimile respectiv conductivitățile termice medii ale materialului;

Coeficientul de transmisie a căldurii prin convenție libera si radiație poate fi calculat cu următoarele relații empirice:

– pentru bolta: = 9,4+0,057 e [W/m2grd]

– pentru pereții laterali: = 7,1+0,057 e [W/m2grd]

Pierderi prin pereții laterali:

I. [ 20-300 ] 0C

i=160 [0C] i==160 [0C]

ext=30 [0C]

=7,1+0,057*20=8,24 [W/m2grd]

K==0,73 [W/m2grd]

q=0,73*[160-20]=102,2 [W/m2]

Verificare:

12=160-102,2=75 [0C]

e=75-102,2=32,41 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

II.[300-600] 0C

i=450 [0C] i==450 [0C]

ext=40 [0C]

=7,1+0,057*40=9,38 [W/m2grd]

K==0,72 [W/m2grd]

q=0,72*[450-20]=309,6 [W/m2]

Verificare:

12=450-309,6=171,3 [0C]

e=171,3-309,6=53,65 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

III. [600-800] 0C

i=700 [0C] i==700 [0C]

ext=60 [0C]

=7,1+0,057*60=10,52 [W/m2grd]

K==0,42 [W/m2grd]

q=0,42*[700-40]= 277,2 [W/m2]

Verificare:

12=700-277,2=490 [0C]

23=490-277,2=240 [0C]

34=240-277,2=130 [ 0C]

e= 130 -277,2=62 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

IV. [800-1180] 0C

i=990 [0C] i==990 [0C]

ext=80 [0C]

=7,1+0,057*80=11,66 [W/m2grd]

K==0,45 [W/m2grd]

q=0,45*[990-40]= 427,5 [W/m2]

Verificare:

12=990-427,5=734 [0C]

23=734-427,5=571 [0C]

34= 571-427,5=242 [0C]

e =242-427,5=83 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

V. [1180] 0C

i=1180 [0C]

ext=80 [0C] =7,1+0,057*80=11,66 [W/m2grd]

K==0,46 [W/m2grd]

q=0,46*[1180-40]= 524,4 [W/m2]

Verificare:

12=1180-524,4=865 [0C]

23=865-524,4=634 [0C]

34= 634-524,4=230 [0C]

e =230-524,4=98 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

VI. [1180-800] 0C

i=990 [0C] i==990 [0C]

ext=80 [0C]

=7,1+0,057*80=11,66 [W/m2grd]

K==0,45 [W/m2grd]

q=0,45*[990-40]= 427,5 [W/m2]

Verificare:

12=990-427,5=734 [0C]

23=734-427,5=571 [0C]

34= 571-427,5=242 [0C]

e =242-427,5=83 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

VII. [800-600] 0C

i=700 [0C] i==700 [0C]

ext=60 [0C]

=7,1+0,057*60=10,52 [W/m2grd]

K==0,42 [W/m2grd]

q=0,42*[700-40]= 277,2 [W/m2]

Verificare:

12=700-277,2=490 [0C]

23=490-277,2=240 [0C]

e= 240-277,2=66 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

VIII.[600-300] 0C

i=450 [0C] i==450 [0C]

ext=40 [0C]

=7,1+0,057*40=9,38 [W/m2grd]

K==0,72 [W/m2grd]

q=0,72*[450-20]=309,6 [W/m2]

Verificare:

12=450-309,6=171,3 [0C]

e=171,3-309,6=53,65 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

XI. [ 300-20 ] 0C

i=160 [0C] i==160 [0C]

ext=30 [0C]

=7,1+0,057*20=8,24 [W/m2grd]

K==0,73 [W/m2grd]

q=0,73*[160-20]=102,2 [W/m2]

Verificare:

12=160-102,2=75 [0C]

e=75-102,2=32,41 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Pierderi prin bolta cuptorului

Intervalul [20-300]0C pentru zona de preîncălzire I.

i=160 [0C]

a=20 [0C]

ext=30 [0C]

=9,4+0,057*30=11,11 [W/m2grd]

K==0,75 [W/m2grd]

q=0,75*(160-20)=105 [W/m2]

Verificare:

12=160-105=73 [0C]

ext=73-105=30 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Intervalul [300-600]0C pentru zona de preîncălzire I.

i=450 [0C]

a=20 [0C]

ext=50 [0C] =9,4+0,057*50=12,25 [W/m2grd]

K==0,61 [W/m2grd]

q=0,61*(450-20)=262 [W/m2]

Verificare:

12=450-262=188 [0C]

ext=188-262=44 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Intervalul [600-800]0C pentru zona de ardere

pi=700 [0C]

a=40 [0C]

ext=60 [0C] =9,4+0,057*60=12,82 [W/m2grd]

K==0,36 [W/m2grd]

q=0,36*[700-40]= 233 [W/m2]

Verificare:

12=700-233=502 [0C]

23=502-233=304 [0C]

34 =304-233=185 [0C]

34 =185-233=66 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Intervalul [800-1180] 0C pentru zona de ardere

i=990 [0C]

a=40 [0C]

ext=80 [0C]

=9,4+0,057*80=13,96 [W/m2grd]

K==0,43 [W/m2grd]

q=0,43*[990-40]= 409 [W/m2]

Verificare:

12=990-409=720 [0C]

23=720-409=544 [0C]

34= 544-409=229 [0C]

e =229-409=77 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Intervalul [1180-800] 0C pentru zona de ardere

Qi=990 [0C]

Qa=40 [0C]

Qext=80 [0C]

=9,4+0,057*80=13,96 [W/m2grd]

K==0,43 [W/m2grd]

q=0,43*[990-40]= 409 [W/m2]

Verificare:

12=990-409=720 [0C]

23=720-409=544 [0C]

34= 544-409=229 [0C]

e =229-409=77 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Intervalul [800-600]0C pentru zona de ardere

pi=700 [0C]

a=40 [0C]

ext=60 [0C]

=9,4+0,057*60=12,82 [W/m2grd]

K==0,36 [W/m2grd]

q=0,36*[700-40]= 233 [W/m2]

Verificare:

12=700-233=502 [0C]

23=502-233=304 [0C]

34 =304-233=185 [0C ]

34 =185-233=66 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Intervalul [600-300]0C pentru zona de răcire II.

i=450 [0C]

a=20 [0C]

ext=50 [0C]

=9,4+0,057*50=12,25 [W/m2grd]

K==0,61 [W/m2grd]

q=0,61*(450-20)=262 [W/m2]

Verificare:

12=450-262=188 [0C]

ext=188-262=44 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Intervalul [300-20]0C pentru zona de răcire I.

i=160 [0C]

a=20 [0C]

ext=30 [0C]

=9,4+0,057*30=11,11 [W/m2grd]

K==0,75 [W/m2grd]

q=0,75*(160-20)=105 [W/m2]

Verificare:

12=160-105=73 [0C]

ext=73-105=30 [0C]

Temperatura este apropiata de cea presupusa.

Alegerea materialelor pentru vagoneți.

Pierderi de căldura prin vagoneți.

Csp=0,5*1,146*1180+0,46*1,118*1180+0,015*0,829*1180=1295,5 [kj/kg grd].

L140

Csp=0,35*1,097*800+0,41*1,093*800+0,008*0,892*800+0,16*0,883*800

L20 =819,2 [kj/kg grd].

Csp=0,33*1,045*500+0,18*1,03*500+0,13*0,826*500=319 [kj/kg grd].

L1000

Pierderile de căldura prin straturile vagoneților.

-prin I strat a1===4,63*10-7 [m2/s] -prin al-II-lea strat a2===4,57*10-7 [m2/s]

-prin al-III-lea strat a2===7,52*10-7 [m2/s]

Dx1-grosimea primului strat de cărămizi de pe vagonet

Dx1=0,05 Dx2=0,05 Dx3=1,50

Incrementul de temperatura se calculează cu relația:

Dt===2700s=45 [min]

Se presupune ca suprafața superioara a platformei vagonetului are aceeași temperatura ca si a materialului din cuptor.

Pentru aflarea temperaturii suprafeței inferioare se folosește următoarea metoda grafica.

(e-1-e)=(e-a)

-de unde rezulta:

e-1=e+(e-a)

Pentru zona de preîncălzire:

e=20 [0C]

a=20 [0C] =9,4+0,057*20=10,54 [W/m2grd]

e-1=20+(20-20)=20 [0C]

e=40 [0C]

a=20 [0C] =9,4+0,057*40=11,68 [W/m2grd]

e-1=40+(40-20)=75 [0C]

e=60 [0C]

a=20 [0C] =9,4+0,057*60=12,82 [W/m2grd]

e-1=60+(60-20)=138 [0C]

Pentru zona de ardere:

e=40 [0C]

a=40 [0C] =9,4+0,057*40=11,68 [W/m2grd]

e-1=40+(40-40)=40 [0C]

e=60 [0C]

a=40 [0C] =9,4+0,057*60=12,82 [W/m2grd]

e-1=60+(60-40)=98 [0C]

Căldura acumulata în platforma vagonetului:

0,45 Qac=

=0,5*880+0,46*834=824 [J]

=0,35*788+0,45*770=622 [J]

=0,71*788+0,28*769=622 [J]

Qac1==34,08

1,30

Qac2=

=0,5*1042+0,64*1030=1180 [J]

=0,35*850+0,45*795=636 [J]

Qac2==152,7

2,15

Qac=

=0,5*1094+0,46*1094=1050 [J]

=0,35*940+0,45*900=746 [J]

=0,71*785+0,28*782=776 [J]

Qac1==104,3

3.00

Qac=

=0,5*1070+0,46*1074=1029 [J]

=0,35*1038+0,45*1026=825 [J]

=0,71*900+0,28*767=854 [J]

Qac1==58,42

3,45

Qac=

=0,5*979+0,46*931=917 [J]

=0,35*1017+0,45*983=798 [J]

Qac1==104,3

CALDURA CEDATA

Qced.=

Constante: lv*Lc………………3,5h

A…………………..0,45h

Dt=0,45h=0,45*3600=2700 [s]

A==13,69 [m2]

Lv*lc……………….261g

A………………….g

g=2382

Qced.=11,57*10-3*(e-a) =9,4+0,057*e

Căldura evacuata cu gazele de ardere:

Qev.gaz=X*Vga** -0C temperatura gazelor evacuate

Vga=13*1,38*150=2691*X

CALCULUL BILANTULUI TERMIC PENTRU ZONA DE PREÎNCALZIRE SI ARDERE

partea activa- aportul de căldura

partea pasiva- consumul de căldura

ACTIV

căldura chimica a combustibilului:

Qchc=X*Hi

Hi- puterea calorifica inferioara;

X- consumul specific de căldura;

Qchc=X*33740 [Kj/Kg]

căldura fizica a combustibilului:

Qfc=X*C*comb

comb=250C C =1,985

Qfc=X*1,985*25=49,62 [Kj/Kg]

c) căldura fizica a aerului de combustie:

Qfaercomb=X*Vat*C*ta

Vat=11,77 C=1.298 ta=25 [0C]

Qfaercomb=X*11,77*1.298*25=381.93*X [Kj/Kg]

d) căldura introdusa de material în cuptor:

Qm=m* C*tm

Qm=1,07* C *25

C=962,25 [j/Kg grd] C=958,7 [j/Kg grd]

C=985 [j/Kg grd] C=1211 [j/Kg grd]

C=870 [j/Kg grd] C=1117,5 [j/Kg grd]

C=(66,36*962,25+22,38*985+1,11*870+0,71*958,7+0,73*1211+1,68*1117,6)

C=903,1 [j/g grd]

Qm=1,07*0,903*25=24,15 [Kj/Kg]

PASIV

a) căldura pierduta prin pereți, bolta si vagonet

Qpierd=Qpp+Qpb+Qpv=12,24+9,38+2,7=24,32 [Kj/Kg]

b) căldura pierduta cu gazele de ardere evacuate

Q=X*Vga*Csp*=X*11,77*1.38*150=2436.39 [Kj/Kg]

c) căldura necesara pentru încălzirea materialului

-pe intervalul 20-100 [0C]

=0,65*(801*100)+0,31*(860*100)+0,04*(787*100)+0,05*(1509*100)=89,39

=0,65*(770*20)+0,31*(780*20)+0,04*(820*20)+0,05*(1496*20)=16,99

Q=1,05*(89,39-16,99)=76,02 [Kj/Kg]

-pe intervalul 100-1180 [0C]

=81,8 [Kj/Kg Gd]

=0,65*(1141*1180)+0,31*(1117*1180)=1283,7 [Kj/Kg Gd]

Q=1*(1283,7-81,8)=1201,9 [Kj/Kg]

Qnecmat=Q20-100+Q100-1180=76,02+1201,9=1277,92 [Kj/Kg]

d) căldura necesara pentru încălzirea auxiliarului

Qaux=*20-*1180=8519 [Kj/Kg]

=0,36*780+0,54*770+0,05*1189=745,05 [Kj/Kg]

= 0,35*1141+0,54*1117+0,05*1189=1062,05 [Kj/Kg]

PASIV=ACTIV

24,32+2436,39*X+1201,9+8519=33740*X+381,9*X+24,15+14,9

24,32+1201,9+8519-24,15-14,9=33740*X+381,9*X-2436,39*X

9706,17=31685,51*X

X=0,031 [m3N/Kg]

Zona de răcire:

ACTIV

calculul căldurii aduse de material din Z.A

Qmat=1513,9 [Kj/Kg]

b) calculul căldurii aduse de auxiliari din Z.A Qaux=1253,16 [Kj/Kg]

c) calculul căldurii aduse de aerul rece

Q=Va*Csp*25=Va*32,25 [Kj/Kg]

PASIV

calculul căldurii consumate pentru încălzirea aerului de răcire

Q=Va*( C*- C*)=Va*505,6

C*=1,329*400=531,6

C*=1,299*25=25,98

-pierderile de căldura prin pereți, bolta si vagoneți:

Qpe=29,82

Qb=19,21 Qtot=61,43 [Kj/Kg]

Qv=12,4

calculul căldurii materialului la ieșirea din cuptor

Q=*100=89,39 [Kj/Kg]

calculul căldurii auxiliarului la ieșirea din cuptor

Q=*100=625,73 [Kj/Kg]

calculul căldurii aduse de aerul rece

Q=Va*Csp*25=Va*32,25 [Kj/Kg]

ACTIV=PASIV

1513,9+1253,16+Va*32,25=505,6*Va+61,43+89,39+625,73+1261,9+1231,9-61,43-89,39-625,73=Va(505,6-32,25)

Va=3,6 [m3N/Kg]

III.7. Controlul fabricației.

Controlul fabricației se face prin urmărirea principalilor indici la fiecare etapa. Standardele de calitate pentru faianța de menaj sunt foarte ridicate, de aceea se cere un control riguros la toate etapele.

Controlul materiilor prime este de o deosebită importanță deoarece calitatea lor este hotărâtoare pentru calitatea produsului finit. Acest control se efectuează la fiecare lot de materie primă intrată in întreprindere. Toate determinările fizico-chimice se fac asupra unei probe medii, recoltată conform unor reglementări standardizate. Pe baza rezultatelor din analizele chimice se stabilesc rețetele de fabricație adecvate. De mare importanță este determinarea la fiecare șarjă a umidității materiilor prime, pentru efectuarea corecțiilor de rețetă corespunzătoare.

Materialul scos de la moară se controlează prin verificarea fineții de măcinare, la fiecare încărcătură si controlul conținutului de apă al barbotinei .

Pentru masa plastică pentru fasonare se verifică plasticitatea si umiditatea.

După uscare se elimină produsele fisurate sau deformate. Se urmărește gradul de alb si eventualele defecte de culoare.

Înainte de aplicarea pe produs, glazura este verificată sub aspectul greutății litrice, iar cele colorate si sub aspectul nuanței de culoare. Produsele biscuitate sunt de asemenea verificate în ceea ce privește porozitatea ciobului de faianță.

După ardere glazură se verifică să nu existe produse fisurate, glazură de culoare necorespunzătoare, bășici, scurgeri de glazură deci un strat uniform de glazură.

După ardere decor se verifică dacă decorul aplicat este corect, culorile corespunzătoare si să urmărească modelul cerut. După această ultimă etapă are loc și sortarea pe categorii de calitate a produselor.

III.8. Masuri de tehnica a securității muncii.

Cerințele esențiale ale tehnicii securității sunt următoarele :

Existenta unor placarde care sa indice capacitatea maxima a mașinii.

Amenajarea de îngrădiri acolo unde sunt necesare si întreținerea lor in stare buna.

Utilizarea in construcția mașinilor a dispozitivelor de protecție, cu asigurarea funcționarii permanente.

Asigurarea bunei stări a utilajului si dispozitivelor.

Asigurarea cerințelor impuse locului de munca si cailor de acces pentru oameni.

Asigurarea utilizării metodelor raționale de lucru in exploatarea si repararea mașinilor, ca si asigurarea așezării juste a sarcinilor, spre a exclude posibilitatea accidentelor.

Utilizarea dispozitivelor de protecție individuala si buna lor întreținere.

Familizarea personalului cu instrucțiunile tehnicii securității si urmărirea execuției lor.

Îngrădirile trebuie utilizate la acele organe si subansambluri de mașini si mecanisme care datorita normei si condițiilor de funcționare, pot provoca accidente in cazul lipsei lor.

Este obligatorie acoperirea cu carcase speciale a parților ieșinde ale elementelor mobile ale mașinii. Dispozitivele de protecție pot fi cu semnalizare ( sonoro, luminoasa, mecanica etc.) cu indicarea pericolului si cu acțiune automata prin care pericolul este îndepărtat.

La locul de munca trebuie asigurata vizibilitatea, așezarea pârghiilor de comanda care sa asigure posibilitatea opririi rapide a mașinii. Caile de acces pentru muncitori trebuie sa fie sigure, curate pentru a evita pericolul alunecării iar porțiunile așezate la înălțimi sa fie îngrădite cu balustrade.

Este necesara utilizarea dispozitivelor de protecție individuala in scopul de a feri muncitorul de arsuri, de răniri, de acțiunea curentului electric etc. Se recomanda o izolare sigura, iar mașinile care au montaj electric pe ele trebuie sa fie puse in

legătura cu pământul.

Morile cu bile trebuie sa fie prevăzute, pe toata lungimea corpului lor, cu balustrade de protecție. Trecerea pe sub moara nu se admite in nici un caz.

Pentru toate amestecătoarele trebuie sa existe fise tehnice, întocmite după modelul stabilit. Fiecare amestecător sau grup de amestecătoare trebuie sa aibă o semnalizare acustica. [12]

BIBLIOGRAFIE

[1] Teoreanu I. si colaboratori- ,,Tehnologia Produselor Ceramice si Refractare”.Bucuresti, Ed. Tehnica 1985

[2] Enache M. -,,Tehnologia ceramicii si refractarelor” Vol. II Lit. I.P.T.V.1984

[3] Abramovici R.- ,,Materii prime ceramice”. Vol. I-II Ed. LIT IPT . 1974

[4] Budnicov P.P.- ,,Tehnologia produselor refractare si ceramice”

[5] * ~ *- ,,Prospect Presarea Isostatica”, firma Dorst. 1999, Alba-Iulia

[6] * ~ *- ,,Prospect Turnarea sub Presiune”, firma Dorst, 1999, Alba-Iulia

[7] Enache M.- ,,Curs la predat la tehnologia ceramicii” 1999-2000

[8] Enache M. , Gogu O. –,,Lucrari de laborator la tehnologie ceramica”. Ed. Tehnica Timisoara. 1976

[9] * ~ * ,,Colectia STAS”

[10] * ~ * ,,Indrumator sticla, ceramica de menaj si email”. Ed. Tehnica. Bucuresti 1967

[11] * ~ * ,,Catalog de produse Netzsch”

[12] Beilich E., Becherescu D.- ,,Cuptoare si utilaje in industria silicatilor”. Vol. I. Ed Didactica si Pedagogica Bucuresti 1973

[13] Becherescu D.-,,Curs de utilaje in industria materialelor de constructii”. Ed. Didactica si Pedagogica Bucuresti 1960 pg.426-430

[14] Beilich E., Becherescu D. -,,Cuptoare și utilaje in industria silicaților” Ed. Didactică si Pedagogică București 1977 Vol. I si II

[15] Teoreanu I., Radu D. -,,Calcule si operații, utilaje si instalații termotehnologice din industria silicaților. Probleme si exemple de proiectare. Ed. Didactică si Pedagogică Bucuresti 1983.

[16] Teoreanu I., Becherescu D. -,Instalații termotehnologice”

[17] Lazău I., Păcurariu C. -,,Chimia fizica a starii solide” Ed. Politehnică Timișoara 1998.

[18] Becherescu D. -,,Curs de utilaje in industria materialelor de construcții. Ed. Didactică si Pedagogică București 1960.

CUPRINS

Pg.

Cap.I Memoriu tehnic 2

I.1.Introducere. Scurt istoric 3

I.2.Faianța de menaj: clasificare, proprietăți 6

I.3.Materii prime 10

I.4.Proces tehnologic 22

I.5.Proces tehnologic clasic 23

I.6.Umflarea întârziată sub acțiune umidității 32

I.7.Fasonarea faianței de menaj pe cale plastică 33

I.8.Fasonarea faianței de menaj prin presare 38

Cap.II II.1.Parte experimentală. Introducere 41

II.2.Condiții expermentale 42

II.3.Rezultate și discuții 45

Cap.III Memoriu justificativ 54

III.1.Alegerea și justificarea fluxului tehnologic 55

III.2.Descrierea fluxului tehnologic 57

III.3.Condiții impuse materiilor prime 60

III.4.Bilanț de materiale 62

III.5.Încadrarea fluxului tehnologic cu utilaje 69

III.6.Dimensionarea termo-tehnologică a cuptorului 74 III.7.Controlul fabricației 99 III.8.Măsuri de tehnică și securitate a muncii 100

BIBLIOGRAFIE 102