Производство на керамични плочки

Производството на керамични плочки е поредица от последователни етапи, които могат да бъдат обобщени така:

• Подготовка на суровините
• Пресоване и сушене на суровата плочка
• Изпичане с или без глазиране
• Допълнителни обработки
• Сортиране и опаковане

Обща схема на процеса на производство на керамични плочки

Трите основни схеми на производство, показани на фигурата, включват следните основни етапи:

• Подготовка на суровините – Влажно смилане – Сушене до получаване на прах – Пресоване – Сушене – (Изпичане) – Глазиране – Изпичане.
• Подготовка на суровините – Сухо смилане – Пресоване – (Изпичане) – Глазиране – Изпичане.
• Подготовка на суровините – Смесване – Формоване – (Глазиране) – Изпичане.

Подготовка на суровините
Керамичният процес започва с подбор на суровините, необходими за състава на масата. Това основно са глини, каолин, фелдшпат, пясък, карбонати. Тъй като се използват природни суровини, необходимо е предварително хомогенизиране, за да се гарантират необходимите характеристики на продукта.
Сухо или влажно смилане
След първото смесване на компонентите на масата, сместта обикновено се подлага на сухо или влажно смилане. Така полученият смлян материал притежава различни характеристики, в зависимост от това какъв е бил използвания метод на смилане. При сухото смилане се извършва раздробяване и частиците, които остават са с по-голям размер (има частици по-големи от 300 микрона), отколкото при влажното смилане (всички частици са по-малки от 200 микрона).
Влажно смилане и разпрашаване
Понастоящем влажното смилане и последващото разпрашаване са най-широко прилаганите методи при производството на керамични плочки чрез еднократно изпичане, което се дължи на техническите подобрения, които осигуряват.

При влажното смилане суровините обикновено се подават в топкови мелници. Част от водата, съдържаща се получената суспензия (шликер) се отстранява чрез разпрашаване, за да се получи маса с необходимата влага. Разпрашаването е най-широко използваният влагоотнемащ метод в производството на плочки. При него фините капчици от впръсканата суспензия влиза в контакт с горещ въздух, получавайки се прах с ниско съдържание на влага.
Съдържанието на влага в шликера обикновено варира до 0,45 кг вода/кг сухо вещество. Процесът на разпрашаване намалява съдържанието на влага до 0,05-0,07 кг вода/кг сухо вещество. Разпрашаването се извършва по следната схема:

• Всмукване и впръскване на шликер.
• Образуване и подаване на горещ газ.
• Изсушаване чрез контакт на горещия газ и капките шликер.
• Отделяне на получения прах от газовете.

Смесване
В този етап на масоподготовка водата и суровините, съставляващи масата се смесват в хомогенна паста, готова за формоване чрез екструкция.
Формоване на плочката
Сухо пресоване
Сухото пресоване (при 5-7% съдържание на влага) с хидравлични преси е най-популярният метод за формоване на плочките. Формоването става чрез механично компресиране на прес-праха в матрица и е един от разходно най-ефективните формовъчни методи за получаване на керамични изделия с правоъгълна форма.
Екструкция
Формоването на плочки чрез екструкция се изразява в прекарването на пластичната маса през матрица, при което се получава напрекъсната лента, която се нарязва.
Сушене на суровата керамична маса
След формоването, суровата плочка се изсушава, за да се намали съдържанието на влага до подходящо ниско ниво(0,2-0,5%) за последващите етапи на глазиране и изпичане. В сушилните, които обикновено се използват в керамичната промишленост, топлината се предава основно чрез насочване на горещи газове към повърхността на плочката и по-слабо чрез излъчване от тези газове и от стените на сушилнята към повърхността на плочката. Затова, по време на изсушаването на суровата плочка, се извършва едно постоянно и преобразуващо движение на водата . Използваният въздух трябва да бъде достатъчно сух и горещ, защото той трябва не само да отнеме влагата, но също и да осигури енергия, която да изпари водата. Суровите плочки се изсушават във вертикални или хоризонтални сушилни. След формоването, суровите плочки се поставят в сушилнята, където се подлагат на въздействието на горещ газ. Горещите газове постъпват от въздушно-газова горелка или от охлаждащия комин на пещта. При вертикалните сушилни плочките се пълнят в специални носачи, движещи се нагоре през сушилнята, където влизат в контакт с горещите газове. В този случай температурата обикновено е по-ниска от 200ºC и цикълът на сушене е в диапазона 35-50 минути. Хоризонталните сушилни са конструирани като ролковите пещи. Плочките се подават в сушилнята и се придвижват хоризонтално върху ролките. Горивните дюзи са разположени върху стените на сушилнята. Максималната температура при тези съоръжения обикновено е по-висока, отколкото при вертикалните сушилни (около 350ºC) и продължителността на процеса е по-кратка, между 15 и 25 минути.
Изпичане, с или без глазиране
Неглазираните продукти се изпичат след изсушаването. По същия начин, при глазираните двукратно изпичани продукти, суровите плочки се изпичат след изсушаване.
Глазиране
Глазирането включва нанасяне на един или повече слоя глазура с обща дебелина 75-500 микрона върху повърхността на плочките по различни методи.. Глазирането се прави за да осигури на изпечените продукти редица технически и естетически свойства, като непромокаемост, възможност за почистване, лъскавина, цветност, структура на повърхността, както и химическа и механична устойчивост.
Глазури и фрити
Глазурата, така както и керамичната маса, е направена от редица неорганични суровини. Основният компонент на глазурата е кварца, както и други елементи, действащи като спояващи (основи, бор, цинк и др.), за създаване на непрозрачност (цирконий, титан и др.) и като оцветители (желязо, хром, кобалт, манган и др). Има голямо разнообразие от глазури в зависимост от типа на продукта, температурата на изпичане и желания ефект и характеристики на готовия продукт.
Фритите са стъкловидни съединения, неразтворими във вода, получени при разтопяване на сместта от суровини при висока температура (1500ºC), последвано от бързо охлаждане. Повечето глазури съдържат повече или по-малко фрити – един вид фрита или смес от различни видове фрити. Използването на фрити има известни предимства:

• неразтворимост на химичните елементи;
• ниска токсичност, дължаща се на структурата, фритите отделят по-малко отпадъци от съставните суровини;
• широк температурен диапазон, тъй като нямат определена точка на топене.

Процесът започва с дозиране на суровините, които предварително са подбрани и контролирани. След това различните суровини се прехвърлят в смесител. Фритите могат да се класифицират по много различни критерии: в зависимост от химическия им състав (оловни, борни и др.), физическите им характеристики (матови, прозрачни и др.), степента на топимост (течни, твърди) и т.н. Сместа от суровини се отвежда до пещта, където се стопява. Пещите са газови, позволяващи достигане на температури 1400-1600ºC.
Стопилката може да се охлади с:
Вода. Стопеният материал се охлажда, падайки във вода. Причиненият термо-шок разбива стъклото на малки неправилни частици. Те се извеждат от водата и се подават в сушилня, за да се отстрани останалата от охлаждането влага.
Въздух. В този случай разтопената маса се прокарва между два цилиндъра, пълни с охлаждащ въздух, създавайки много крехък лист, който се разчупва бързо на малки люспи.

Глазури: подготовка и нанасяне. Декориране.
В процеса на подготовка на глазурата, фритата и добавките обикновено се смилат в топкови мелници. Характеристиките на суспензията зависят от метода на апликация, който ще се прилага. Глазирането на керамични плочки е непрекъснат процес. Най-използваните методи на апликация при производството на плочки са глазиране чрез поливане, глазиране чрез впръскване, сухо глазиране и декориране. Ситопечатът е най-широко разпространената техника за декориране на плочки, поради лекотата на приложение на тази апликация за глазир линиите. Тази техника се използва при еднократно, двукратно и трикратно изпичане и се изразява в отпечатване на даден дизайн чрез един или повече сита (обтегната мрежа с отвори). Когато ракелът премине през ситото той притиска ситопечатната паста през останалите отвори на ситото, отпечатвайки дизайна на плочката.

Изпичане
Изпичането е един от най-важните етапи в производството на плочки, тъй като повечето характеристики на плочките зависят от него. Това са механична якост, постоянност на размерите, химическа устойчивост, възможност за почистване, огнеустойчивост и др.

При изпичането плочките се подлагат на термичен цикъл, по време на който в плочката се развиват редица процеси, водейки до промени в микроструктурата и осигурявайки желаните крайни резултати.
Еднократно и двукратно изпичане
Керамичните материали преминават през едно, две или повече изпичания. Неглазираните керамични плочки се изпичат веднъж; глазираните плочки могат да бъдат изпечени веднъж след нанасяне на глазурата върху суровата плочка (еднократно изпичане) или най-напред може да бъде изпечена масата, последвана от нанасяне на глазура и второ изпичане (двукратно изпичане).
Бързо изпичане
По настоящем това е преобладаващият метод на изпичане и се извършва в ролкови пещи. Това позволява да се намали времето за изпичане до по-малко от 40 минути, което се дължи на повишаване на коефициентите на топлоотдаване върху плочките. В едноредовите ролкови пещи плочките се движат върху ролки и топлината, необходима за изпичането им се подава от въздушно-газови горелки, монтирани на стените на пещта. Основните механизми на топлоотдаване са конвекция и радиация.

Горещите газове от изпичането се освобождават във въздуха по два начина. От една страна газовете от подгряващата зона и зоната на изпичане, които се отвеждат чрез комин на входа на пещта и газовете от охлаждащата зона, които се отвеждат чрез комин на изхода на пещта. Газовете от подграването и изпичането основно са съставени от газови компоненти получени от разграждането на суровините и отпадъчни частици прах. Газовете от охлаждането се състоят от горещ въздух и могат да съдържат частици прах.
Допълнителна обработка
В някои случаи, особено при порцелановите плочки, изпечената повърхност на плочките се полира, за да се получи лъскава еднородна плочка. Сортиране и опаковане
Това е завършващият етап от производството на керамични плочки. Сортирането се прави чрез автоматични системи с механично оборудване и контрол върху повърхността на плочките.

Автор: Петър Петров – Мениджър продажби
Керамикс АД

Стоки Търговци Майстори Архитекти