Всем привет! Сегодня я расскажу вам , как создаются предметы , без которых невозможно представить ни один наш день. Информация довольно обширная , потому постараюсь не грузить.







Из превью становится ясно, что речь пойдет о керамике, а именно о строительном фарфоре, но для начала обратимся к истории.

Керамика-материалы и изделия , получаемые обжигом глин или их смесей с минеральными добавками , с последующим охлаждением. К ней относятся: фарфор , фаянс , майолика.
Она известна человеку с глубокой древности , о чем свидетельствуют археологические раскопки в Китае ( найденные горшки датируются возрастом 18,3-17,5 тыс. лет назад) , и является , скорее всего, первым искусственно созданным материалом.
В зависимости от строения различают: тонкую керамику, изделия имеющие тонкозернистый черепок(посуда , вазы) , и грубую , изделия имеющие крупнозернистый черепок(кирпич, черепица).
Различные виды керамики характеризуют следующие свойства: водонепроницаемость, газонепроницаемость , огнеупорность , химическая стойкость и др.
Итак, вернемся к нашей теме , а именно к строительному фарфору. К нему относятся изделия , используемые при строительстве(облицовочные плиты, кирпич) , обустройстве санузла(ванны, унитазы, раковины), кухонные принадлежности(посуда), а также элементы декора(вазы, горшки).

С чего же все начинается? Ввиду того , что достаточно невыгодно воспроизводить полный цикл (дабы сократить затраты на постройку дополнительных обогатительных цехов, рабочую силу, да и вообще поблизости может не оказаться месторождения нужного сырья для производства), начиная от грязного сырья , заканчивая готовым унитазом , многими предприятиями было принято решение перейти на централизованное производство, то есть на завод сырье привозят уже в обогащенном виде(поездами,грузовиками) , где далее оно поступает в хранилища(бункеры) и перед начальной стадией производства проходит дополнительную доочистку.
Таким образом выглядит хранилище сырья.


Перед тем, как мы перейдем к первой стадии производства , обратимся к составу фарфорового черепка. Он представляет из себя группу алюмосиликатов, состоящую из: каолин(Al2O3*2SiO2*2H2O)-50%, кварцевый песок(SiO2)-25%, полевые шпаты(группа этих минералов многочисленна , потому приведу один из них K(AlSi3O8)-25%. Я изобразил несколько непонятных формул, но не пугайтесь , постараюсь теперь обрисовать доступным языком. Начнем с первого , самого многочисленного компонента, который при смешивании с водой образует пластичное тесто , способное сохранять придаваемую ему форму и обретать после обжига твердость, что и делает его основным. Многие видели глину , та самая грязь коричневатого цвета , так вот , это и есть тот каолин , только в очень грязном виде , по-другому их называют - глинистые мергели, коричневатый или красноватый цвет придают ему примеси соединений железа(Fe2O3, FeO(OH :), которые нежелательны в производстве, ввиду пагубного действия при формировании черепка изделия, чистая же глина имеет белый цвет и состав приближенный к приведенной формуле. Интересно , однако глина образуется ввиду геохимических процессов , таких как выветривание. Приведу краткую схему. На поверхности земли минералы и горные породы , соприкасаясь с атмосферой и подвергаясь механическому и химическому действию воды и воздуха , постепенно изменяются и разрушаются , это обусловлено совместной деятельностью воды и воздуха. Так, вода содержит небольшие количества растворенного углекислого газа СO2(из воздуха 0,03 :) , действует на минерал ортоклаз(K2O*Al2O3*6SiO2), при этом окись калия (K2O) отщепляется и взаимодействуя с СО2 образует поташ(K2CO3) , также уходит часть SiO2, а оставшаяся часть с водой дает наш новый минерал - каолин, суммарно: K2O*Al2O3*6SiO2+CO2+2H2O=K2CO3+4SiO2 :(Al2O3*2SiO2*2H2O-каолин).
Кварцевый песок и полевые шпаты придают прочность будущему черепку. Также в качестве сырья выступает выбракованная продукция(бой), которая также проходит стадии измельчения, очистки и тд.

Понимаю, что загрузил , потому вернемся в нашу реальность.
Перейдем теперь на первый этап производства.
Все унитазы, вазы , раковины создаются путем литья пластической массы(шликера) в гипсовые формы. Потому начнем именно с цеха по производству шликерной массы, куда сейчас и направляемся.
Отгружаясь в сортируемое хранилище , сырье разгружается грейферным краном по транспортировочным линиям, которые доставляют его к дозаторам:





Далее, в специальную вагонетку с весами, по мере ее движения вдоль линии, нагружается необходимое количество(доза) грубого, необработанного сырья:
Ой, нет , не то , это мы уже проходили..

После добавки необходимых компонентов, в том числе минеральных присыпок (плавней, веществ, которые улучшают механическую прочность черепка , а также образуют легкоплавящиеся смеси(эвтектические), позволяющие снизить температуру обжига , об этом дальше, к ним относятся: мел, тальк , карбонат бария и тд), отгруженное сырье отправляется на измельчение под гидравлический пресс(среднее дробление)





После сырье пропускается через вибросито(фото не будет , так как я не смог найти данную установку), где происходит разделение массы на фракции
Далее, как показано , по конвейеру сырье отправляется в магнитный сепаратор, где происходит отделение сырья от примесей железных вкраплений(по принципу парамагнетик(железные вкрапления), диамагнетик(само сырье :)


Идем дальше, теперь наша масса по конвейеру из сепаратора направляется в винтовую мельницу, для более тонкого помола.

После приведенных выше манипуляций(подготовки сырья для производства шликерной массы), идет стадия подачи измельченной массы в шаровую мельницу, которую предварительно на 3/4 заполняют подогретой до 45-50 градусов водой и добавляют антикоагулянты(вещества предотвращающие слипание частиц, раствор для литья должен быть однородным), после перемешивают в районе 45 минут





Далее по трубам полученный шликерный раствор подается в шликерный дозатор, где его отмеренными порциями перекачивают насосами в соседний литейный(формовочный) цех, для литья изделий


Стоит отметить, что необходимо вакуумизировать полученную массу(удалить из нее воздух), поскольку могут выявиться нежелательные свойства при сушке и обжиге изделий(неравномерная толщина черепка, появление трещин после обжига)
Сама шликерная масса.

Если очень коротко, то производство пластической массы выглядит так, теперь покажу оставшиеся фотографии из этого цеха





Что же идет дальше? А дальше шликерная масса поступает в литейный цех, где происходит непосредственное формование изделий, происходит оно следующим образом: как было написано выше, из цеха подготовки при помощи насоса подается жидкая масса, которая по резиновому шликеропроводу поступает в литейный конус-устройство, именно из которого происходит выпуск шликера в гипсовые формы. Стоит отметить, что гипс, как материал для форм выбран неспроста, он обладает свойством впитывать в себя влагу и довольно быстро ее удалять во время сушки, при формовании изделий(гипс - это CaSO4*2H2O, а выполняют формы изначально из CaSO4*0,5H2O(алебастр), ввиду разной растворимости между гипсом и алебастром(гипс хуже растворим в воде) при создании форм, гипс кристаллизуется на поверхности алебастра в виде очень мелких кристалликов, в результате чего образуются мелкие поры, позволяющие в дальнейшем впитывать влагу, а при сушке ее удалять CaSO4*0,5H2O+1,5H2O=CaSO4*2H2O)


При помощи литейного конуса шликер заливается в форму, затем форма скрепляется с двух сторон и отправляется на сушку(первый ряд)

Раковины
Далее изделия в формах отправляются на сушку. Она происходит следующим образом. На рассматриваемом заводе различают два вида сушки, а именно статический и транспортировочный. Статический представляет из себя сушку в большом помещении, при помощи калориферов(теплым воздухом), транспортировочный отличается от него лишь тем, что изделия в формах погружают на транспортировочную линию под названием "люлька" и располагают их в три ряда. Последний способ удобен, так как позволяет транспортировать автоматически изделия по всему цеху.
Люльки

Первый способ
В зависимости от размера изделия сушка длится определенное время, для крупных 2-3 дня(раковины,унитазы), для мелких(посуда) 1-2 дня.
После сушки полуфабрикаты отправляются по люлечному конвейеру к месту изъятия изделий из форм




Чтобы увеличить производительность и сократить обслуживающий персонал, на данном участке было решено перейти на роботизированную технику


С люлек опускают на конвейер полуфабрикаты, а робот , по мере продвижения закрытых в форме изделий по кругу, изымает их из форм и сортирует на соседнюю линию, где они отгружаются в телегу и отправляются на зачистку, а также доделку(там полуфабрикатам приделывают недостающие части(ручки,носики и тп)




Рабочее место

После прохождения отдела качества изделия проходят стадию глазурования. Глазуровка происходит там же, где и литье в формы.
Она имеет тот же состав, что и шликерная масса, только в другом соотношении(производят в том же цеху, где и шликер). Заготовка глазури происходит аналогичным способом, как и шликера. В готовящийся раствор, помимо основных компонентов, добавляют мел(CaCO3), кварцевый песок(SiO2), а также флюсы(для придания механической, химической прочности), эта смесь после обжига представляет из себя стекловидную пленку, которая придает гладкость, блеск, прочность, водонепроницаемость и газонепроницаемость, поверхности изделия. Помимо обычного глазурования, изделия также подвергают ангобированию(ангобы-матовые, белые или цветные покрытия, наносимые на лицевую поверхность изделия, для скрытия нежелательной окраски черепка, создания рельефного рисунка)
После глазуровки

Способы покрытия глазурью бывают разные, перечислю некоторые из них: распыление глазури на поверхность полуфабриката пульверизатором, погружение изделия в глазурь, транспортировка по конвейеру через покрасочную камеру.
Далее происходит сушка покрытых изделий, как было описано выше, после отдел ОТК(определение или исправление устранимых дефектов) и последующая отправка в цех обжига.
Назначение обжига - придать прочность черепку изделия с заданными физико-техническими свойствами, закрепить глазурь и декор на его поверхности. Происходит это так: высушенные изделия грузятся на рельсовые платформы, выполненные из огнеупорной керамики(состав почти тот же, только в качестве флюсов вводят карборунд(SiC) и повышают содержание окиси алюминия(Al2O3 :), после они по очереди загружаются в тоннельную печь (интервал приблизительно 40-45 минут).



Пошла жара

В результате обжига происходит ряд физико-химических преобразований, приведу кратко некоторые из них. Температура, при которой происходит обжиг фарфора, достигает 1410C, при этом наибольшие изменения касаются каолина(т.к. его 50 :) и кварца(25 :).
Напомню состав каолина - Al2O3*2SiO2*2H2O, при температуре в районе 600-900 градусов удаляется почти вся химически связанная вода, при этом также происходит усадка изделий(уменьшение в объеме), вот именно здесь и необходимо содержание плавней, дабы уменьшить температуру обжига(времяпровождения изделия в печи), поскольку их отсутствие может привести к растрескиванию черепка, что недопустимо. В процессе удаление химически связанной воды образуется новое соединение, которое и придает существенную прочность черепку - муллит(3Al2O3*2SiO2):
Al2O3*2SiO2*2H2O :(t)Al2O3*2SiO2(метакаолинит)+2H2O
3(Al2O3*2SiO2) :(t)3Al2O3*2SiO2(муллит)+4SiO2

Помимо каолина существенный вклад в формирование черепка вносит кварц(SiO2), его влияние обусловлено большим разнообразием преобразований в кристаллической структуре.

По мере прохождения обжига важна окислительная среда печи, то есть содержание кислорода, который необходим для того, чтобы выжечь лишние органические примеси(ввиду неполного процесса гниения при формировании глинистых пород).
Касательно обжига, для плотных изделий(раковины,ванны,унитазы) он проходит дважды, первый раз после сушки, затем после глазурования, для тонких изделий(посуда) - один раз после глазуровки.
Такой готовая продукция выходит из печи, она приобрела все необходимые свойства и после прохождения контроля качества отправляется на склад готовой продукции(при отбраковывании отправляется в виде боя заново на производство пластической массы, как было показано ранее)




Если кто то заинтересовался данной темой(И.И.Мороз "Технология фарфоровых и фаянсовых изделий" 1984)
Спасибо за внимание!