Thiết kế nhà máy sản xuất sứ vệ sinh sử dụng lò nung roller (TRS) với năng suất 250000 sản phẩmnăm

Chứng minh được sự tiết kiệm nhiên liệu hơn của lò nung roller so vs lò tunnel sản xuất sứ vệ sinh cùng năng suất. Bên cạnh đó tính toán bài men phù hợp với phối liệu xương. Tài liệu bao gồm bản vẽ, file excel, file pdf cùng powerpoint. Hiện nay hầu hết các sản phẩm sứ vệ sinh được sản xuất bằng lò nung tunnel sửdụng xe goòng (Tunnel Wagon System, TWS) làm phương tiện vận chuyển sản phẩm nung. Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng sản phẩm thì vẫn còn những hạn chế vềthời gian nung, tiêu tốn nhiệt lượng và độ linh hoạt khi lắp đặt và tháo dở sản phẩm trên xe goòng. Đã có những giải pháp được đề ra để giải quyết một phần vấn đề đó nhưng vẫn đảm bảo về chất lượng sản phẩm. Điển hình như công ty Sacmi (Italia đã sử dụngthiết kế hệ thống lò nung tunnel sử dụng các thanh lăn bằng vật liệu chịu lửa (Tunnel Roller System, TRS) để thực hiện quá trình nung sứ vệ sinh.

KHOA HÓA – NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SỬ DỤNG HỆ THỐNG

LÒ NUNG ROLLER (TRS) SẢN XUẤT SỨ VỆ SINH VỚI NĂNG SUẤT 250.000 SẢN PHẨM/NĂM.

GVHD : PGS.TS PHẠM CẨM NAM SVTH : PHAN VĂN PHI LONG

MSSV : 107180221

Đà Nẵng, 12/2022

Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sử dụng hệ thống lò nung roller (TRS) sản xuất sứ vệ sinh với năng suất 250.000 sản phẩm/năm”

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Phi Long

Trong đồ án thiết kế này, nhà máy sản xuất sứ vệ sinh được đặt ở khu công nghiệp

Đà Nẵng, khoảng cách từ các mỏ nguyên liệu có trữ lượng lớn nằm trong giới hạn khoảng cách có thể chấp nhận về mặt vận chuyển, đáp ứng đủ về lâu dài và phù hợp với quy trình sản xuất sứ vệ sinh

Hiện nay hầu hết các sản phẩm sứ vệ sinh được sản xuất bằng lò nung tunnel sử dụng xe goòng (Tunnel Wagon System, TWS) làm phương tiện vận chuyển sản phẩm nung Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng sản phẩm thì vẫn còn những hạn chế về thời gian nung, tiêu tốn nhiệt lượng và độ linh hoạt khi lắp đặt và tháo dở sản phẩm trên

xe goòng Đã có những giải pháp được đề ra để giải quyết một phần vấn đề đó nhưng vẫn đảm bảo về chất lượng sản phẩm Điển hình như công ty Sacmi (Italia đã sử dụng thiết kế hệ thống lò nung tunnel sử dụng các thanh lăn bằng vật liệu chịu lửa (Tunnel Roller System, TRS) để thực hiện quá trình nung sứ vệ sinh Với đồ án này, em sử dụng công nghệ nung 1 lần sử dụng hệ thống lò nung roller, sản phẩm được nung ở nhiệt độ 1230°C

2 Đề tài thuộc diện:  Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

- Nguyên liệu: Chọn các nguyên liệu phù hợp cho sản xuất sứ vệ sinh

- Yêu cầu sử dụng hệ thống lò nung roller (TRS) cho quá trình nung với nhiên liệu sử dụng khí hóa lỏng, nhiệt độ nung 1230oC

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Cân bằng nhiệt lò nung

- Tính toán sơ bộ về xây dựng và chọn thiết bị chính

8 Ngày hoàn thành đồ án: 25/12/2022

Đà nẵng, ngày 25 tháng 12 năm 2022

TS Dương Thế Hy PGS.TS Phạm Cẩm Nam

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS Phạm Cẩm Nam – trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ

em trong thời gian thực hiện và hoàn thành đề tài này Thêm vào đó, em xin kính gửi lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa Hóa đã truyền lửa và giảng dạy em suốt quãng đời sinh viên tại trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Em xin giữ mãi lòng biết ơn và tôn kính đến các thầy cô trong suốt chặng đường sau này

Có lẽ kiến thức là vô tận mà sự tiếp nhận kiến thức của bản thân em tồn tại những hạn chế nhất là kinh nghiệm nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của quý thầy cô nhằm giúp em có thể nhận ra những thiếu sót của bản thân để khắc phục và cố gắng hoàn thiện

Em xin chân thành cảm ơn

Tôi xin cam đoan rằng đồ án này là do tôi thực hiện, các số liệu và kết quả trong bài

đồ án này là trung thực Tài liệu tham khảo trong đồ án được trích dẫn đầy đủ và đúng quy định Mọi vi phạm quy chế nhà trường tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về đồ án của mình

Phan Văn Phi Long

TÓM TẮT i

LỜI CẢM ƠN ii

CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH v

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2

1.1 Sơ lược về ngành gốm sứ 2

1.2 Khái quát về sứ vệ sinh 2

1.3 Yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm sứ vệ sinh 3

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 5

2.1 Nguyên liệu cho xương 5

2.1.1 Nguyên liệu dẻo 5

2.1.2 Nguyên liệu gầy 7

2.2 Nguyên liệu cho men 8

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 10

3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất sứ vệ sinh 10

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 11

3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị phối liệu 11

3.2.2 Giai đoạn tạo hình 11

3.2.3 Giai đoạn sấy 11

3.2.4 Giai đoạn nung 12

CHƯƠNG 4: TÍNH PHỐI LIỆU CHO XƯƠNG VÀ MEN 13

4.1 Tính phối liệu cho xương 13

4.1.1 Chọn nguyên liệu 13

4.1.2 Tính phối liệu xương 16

4.1.3 Nhiệt độ nung xương 20

4.1.4 Hệ số dãn nở nhiệt của xương 20

4.2.3 Hệ số dãn nở nhiệt của men 25

CHƯƠNG 5: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 27

5.1 Mục đích 27

5.2 Các thông số ban đầu của nhà máy 27

5.3 Cân bằng vật chất cho xương 27

5.3.1 Cân bằng vật chất theo từng công đoạn 27

5.4 Cân bằng vật chất cho men 29

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN KẾT CẤU LÒ 30

6.1 Cơ sở chọn lò 30

6.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của lò nung 30

6.3 Thông số kĩ thuật 30

6.4 Tính toán kích thước lò 31

6.5 Thiết lập đường cong nung 32

CHƯƠNG 7: CÂN BẰNG NHIỆT LÒ NUNG 35

7.1 Lựa chọn nhiên liệu 35

7.2 Tính toán nhiên liệu 35

7.2.1 Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu 35

7.2.2 Chọn hệ số tiêu hao không khí 36

7.2.3 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu 36

7.2.4 Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của sản phẩm cháy 37

7.2.5 Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu 39

7.3 Cân bằng nhiệt cho lò nung 41

7.3.1 Tính cân bằng nhiệt cho zone sau nung và làm lạnh nhanh 41

7.3.2 Tính cân bằng nhiệt cho zone làm lạnh chậm và làm lạnh cuối cùng 48

7.3.3 Tính cân bằng nhiệt cho zone sấy, đốt nóng, tiền nung, nung và lưu nhiệt 51 7.4 So sánh giữa lò nung tunnel và lò nung roller 58

CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN SƠ BỘ VỀ XÂY DỰNG VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH 60

8.1 Tính toán sơ bộ về xây dựng 60

8.2 Chọn thiết bị chính 61

8.2.1 Máy nghiền bi 61

8.2.2 Buồng sấy 63

CHƯƠNG 9: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 66

9.1 Tính trở lực và chọn quạt 66

9.1.1 Quạt đẩy không khí vào cung cấp cho quá trình cháy nhiên liệu 66

9.1.2 Quạt đẩy không khí làm lạnh nhanh 72

9.1.3 Quạt thổi không khí làm lạnh cuối cùng 78

9.1.4 Quạt hút khí thải đầu lò 85

9.2 Tính và chọn ống khói 92

9.2.1 Lưu lượng khí thải 92

9.2.2 Tính đường kính ống khói 92

9.2.3 Xác định tổng trở lực của ống khói 92

9.2.4 Tính chiều cao ống khói 94

KẾT LUẬN 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

Bảng 1.1 Quy chuẩn yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sứ vệ sinh 4

Bảng 1.2 Các thông số cơ lý cho sản phẩm (Theo TCVN 6073:2005) 4

Bảng 2.1 Hàm lượng các oxit trong đất sét 6

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của cao lanh 6

Bảng 2.3 Cấu trúc và tác dụng của tràng thạch và thạch anh 7

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu kĩ thuật của thạch anh dùng cho xương 8

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu kĩ thuật của tràng thạch dùng cho xương 8

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu kĩ thuật của thạch anh dùng cho men 9

Bảng 2.7 Các chỉ tiêu kĩ thuật của tràng thạch dùng cho men 9

Bảng 4.1 Thành phần hóa của nguyên liệu 13

Bảng 4.2 Bảng thành hóa của nguyên liệu quy về 100% PTL 14

Bảng 4.3 Thành phần mol của nguyên liệu 14

Bảng 4.4 Tỉ số Al2O3/SiO2 và tổng oxit kiềm và kiềm thổ của đất sét và cao lanh 14

Bảng 4.5 Thành phần khoáng của nguyên liệu 16

Bảng 4.6 Thành phần khoáng của nguyên liệu quy về 100% 17

Bảng 4.7 Chọn thành phần khoáng phối liệu xương 17

Bảng 4.8 Quy đổi thành phần khoáng của nguyên liệu để tính phối liệu 18

Bảng 4.9 Thành phần cấp phối sản xuất sứ vệ sinh, %TL 18

Bảng 4.10 Thành phần hóa của phối liệu, %TL 19

Bảng 4.11 Thành phần hóa của xương mộc sau khi nung 19

Bảng 4.12 Thành phần hóa của xương mộc sau khi nung quy về 97% 19

Bảng 4.13 Tính toán hệ số dãn nở nhiệt của xương 21

Bảng 4.14 Bảng thành phần hóa của men sống 22

Bảng 4.15 Tính toán thành phần cấp phối của men sống, %TL 22

Bảng 4.16 Thành phần cấp phối men 23

Bảng 4.17 Kết quả tính toán thành phần cấp phối men 23

Bảng 4.18 Thành phần hóa của Frit HO062 24

Bảng 4.19 Thành phần hóa của men 24

Bảng 4.20 Hằng số nóng chảy của các oxit 24

Bảng 5.1 Lượng phối liệu từng công đoạn 28

Bảng 5.2 Lượng nguyên liệu hồi lưu 28

Bảng 5.3 Khối lượng men từng công đoạn 29

Bảng 5.4 Khối lượng Frit và cao lanh dùng trong men 29

Bảng 6.1 Kích thước tấm đỡ 30

Bảng 6.2 Thông số lò nung 32

Bảng 6.3 Chế độ nhiệt ở từng giai đoạn trong quá trình nung 33

Bảng 6.4 Tổng kết nhiệt độ và số modul 33

Bảng 7.1 Thành phần khí hóa lỏng LPG (theo thể tích) 35

Bảng 7.2 Nhiệt trị thấp của các khí thành phần 35

Bảng 7.3 Thành phần phần trăm thể tích sản phẩm cháy 37

Bảng 7.4 Cân bằng vật chất khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu 38

Bảng 7.5 Nhiệt dung riêng phân tử của các cấu tử khí của nhiên liệu 40

Bảng 7.6 Hàm nhiệt của các cấu tử khí 40

Bảng 7.7 Phân bố từng zone 41

Bảng 7.8 Kết cấu tường lò và phân bố nhiệt độ 43

Bảng 7.9 Kích thước các đoạn của lò nung 44

Bảng 7.10 Hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu chịu lửa 45

Bảng 7.11 Phân bố nhiệt độ 45

Bảng 7.12 Tổng kết cân bằng nhiệt cho zone sau nung và zone làm lạnh nhanh 47

Bảng 7.13 Phân bố nhiệt độ 49

Bảng 7.14 Tổng kết cân bằng nhiệt cho zone làm lạnh chậm và zone làm lạnh cuối 51 Bảng 7.15 Nhiệt dung riêng của khí thải 53

Bảng 7.16 Nhiệt độ và hệ số dẫn nhiệt các lớp vật liệu ở các zone trong lò 55

Bảng 7.17 Nhiệt trở các lớp và mật độ dòng nhiệt các zone trong lò 55

Bảng 7.18 Kiểm tra nhiệt độ giả định 56

Bảng 7.19 Tổng kết cân bằng nhiệt lượng cho zone sấy đốt nóng , zone tiền nung, zone nung và zone lưu nhiệt 57

Bảng 7.20 So sánh hệ thống TRS với hệ thống TWS 58

Bảng 8.3 Thông số máy nghiền bi cho xương 63

Bảng 8.4 Thông số máy nghiền bi cho men 63

Bảng 8.5 Thông số kỹ thuật máy sấy gió nóng 64

Bảng 9.1 Thông số đường ống để cấp khí cho quá trình cháy 66

Bảng 9.2 Vận tốc dòng khí trong các đường ống 67

Bảng 9.3 Áp suất động lực học trong các đường ống 68

Bảng 9.4 Chuẩn số Reynold của các đường ống 68

Bảng 9.5 Hệ số ma sát của các đường ống 69

Bảng 9.6 Trở lực do ma sát của các đường ống 69

Bảng 9.7 Thông số đường ống trong quá trình đẩy khí làm lạnh nhanh 72

Bảng 9.8 Vận tốc dòng khí trong các đường ống 73

Bảng 9.9 Áp suất động lực học trong các đường ống 74

Bảng 9.10 Chuẩn số Reynold của các đường ống 74

Bảng 9.11 Hệ số ma sát của các đường ống 75

Bảng 9.12 Trở lực do ma sát của các đường ống 76

Bảng 9.13 Thông số đường ống trong quá trình đẩy khí làm lạnh cuối 79

Bảng 9.14 Vận tốc dòng khí trong các đường ống 80

Bảng 9.15 Áp suất động lực học trong các đường ống 80

Bảng 9.16 Chuẩn số Reynold của các đường ống 81

Bảng 9.17 Hệ số ma sát của các đường ống 82

Bảng 9.18 Trở lực do ma sát của các đường ống 82

Bảng 9.19 Thông số đường ống sử dụng hút khí thải đầu lò 85

Bảng 9.20 Vận tốc dòng khí trong các đường ống 86

Bảng 9.21 Áp suất động lực học trong các đường ống 86

Bảng 9.22 Chuẩn số Reynold của các đường ống 87

Bảng 9.23 Hệ số ma sát của các đường ống 88

Bảng 9.24 Trở lực do ma sát của các đường ống 88

Hình 4.1 Biểu đồ Apgutchinit 15

Hình 4.2 Giản đồ hệ 3 cấu tử T - Q – F (theo F.H Norton) 17

Hình 6.1 Biểu đồ đường cong nung theo chiều dài lò 33

Hình 8.1 Cấu tạo máy nghiền bi 62

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành vật liệu silicat là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, góp phần không nhỏ cho nền kinh tế nước ta Sản phẩm có nguồn gốc silicat rất đa dạng, bao gồm các loại sứ dân dụng (chén, bát đĩa ), gạch ốp lát (ceramic, granit hay porcelain), các loại gốm mỹ nghệ phục vụ nhu cầu tiêu dùng của xã hội hay các loại sứ điện, sứ kỹ thuật cao dùng trong công nghiệp điện, điện tử… Trong sự phong phú đó phải kể đến sản phẩm sứ vệ sinh, một trong những sản phẩm thiết yếu phục vụ nhu cầu hàng ngày của con người nhằm nâng cao chất lượng sinh hoạt của cuộc sống

Thực tế ngành gốm đã có ở nước ta từ vài nghìn năm trước, chủ yếu là sứ mỹ nghệ dân dụng và đã có giai đoạn cũng bị chậm phát triển, thậm chí một số sản phẩm mỹ nghệ nổi tiếng đã bị mai một Tuy nhiên vài thập niên trở lại đây chúng ta đã thấy sự trở lại

và phát triển đáng kể của ngành gốm sứ, đặc biệt là sản phẩm sứ vệ sinh Không chỉ nâng cao về chất lượng sản phẩm mà còn đa dạng hóa mẫu mã để phù hợp với người tiêu dùng

Hiện nay hầu hết các sản phẩm sứ vệ sinh được sản xuất bằng lò nung tunnel sử dụng xe goòng (Tunnel Wagon System, TWS) làm phương tiện vận chuyển sản phẩm nung Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng sản phẩm thì vẫn còn những hạn chế về thời gian nung, tiêu tốn nhiệt lượng và độ linh hoạt khi lắp đặt và tháo dở sản phẩm trên

xe goòng Đã có những giải pháp được đề ra để giải quyết một phần vấn đề đó nhưng vẫn đảm bảo về chất lượng sản phẩm Điển hình như công ty Sacmi (Italia đã sử dụng thiết kế hệ thống lò nung tunnel sử dụng các thanh lăn bằng vật liệu chịu lửa (Tunnel Roller System, TRS) để thực hiện quá trình nung sứ vệ sinh

Nhận thấy nhu cầu cải tiến công nghệ ngày càng tăng, đặc biệt trong tình trạng khan hiếm nhiên liệu hiện nay thì nhiệm vụ thiết kế, xây dựng và cải tạo công nghệ là thật sự

cần thiết Đồ án thiết kế được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sử dụng hệ thống lò nung roller (TRS) sản xuất sứ vệ sinh với năng suất 250.000 sản phẩm/năm” nhằm có

những cách tiếp cận trực tiếp, tăng cường sự hiểu biết về hệ thống lò TRS và đánh giá được các ưu nhược điểm quan trọng khi so sánh với hệ thống TWS Các kết quả nhận được là nguồn tài liệu tham khảo cần thiết cho các tính toán thiết kế cần thiết trong thực tiễn sản xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 Sơ lược về ngành gốm sứ

Gốm: là vật liệu vô cơ không kim loại, có cấu trúc đa tinh thể, ngoài ra có thể gồm

cả pha thủy tinh Nguyên liệu để sản xuất gốm đất sét, cao lanh và một số nguyên liệu khác Phối liệu sản xuất gốm được tạo hình và thiêu kết ở nhiệt độ cao làm cho vật liệu

có được những tính chất lý hóa đặc trưng

Gốm sứ: sứ là vật liệu gốm mịn không thấm nước và khí (< 0,5%) thường có màu trắng Sứ có độ bền cơ học cao, tính ổn định nhiệt và hóa học tốt Sứ được dùng để sản xuất đồ gia dụng, đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng Như vậy sứ là một loại gốm đặc biệt Rất khó xác định chính xác khi nào đồ gốm ra đời, người ta cho rằng đồ gốm bắt đầu tại vùng Trung Đông và Ai Cập 4500 - 4000 năm trước công nguyên (TCN) Khoảng giai đoạn từ 4000 - 3000 năm TCN đã hình thành một số trung tâm gốm ở vùng này Trong thời gian này đã phát minh ra bàn xoay Thời Trung Cổ ở Châu Âu đã có những trung tâm rất lớn sản xuất đồ gốm như Faenza ở Ý, hay Mallorca là một hòn đảo ở Địa Trung Hải Vào những năm 600 TCN, nước Trung Hoa cổ đã sản xuất được đồ sứ Ở Châu Âu mãi đến năm 1709, một người Đức là Johann Friedrich Bottger đã sản xuất được đồ sứ giống đồ sứ Trung Quốc Năm 1759 người Anh Josial Wedgwood sản xuất được sành dạng đá Trong thế kỷ 19 ở châu Âu mặt hàng này thay thế cho đồ sứ đắt tiền Chỉ sau khi giá cả hàng sứ rẻ đi, với những tính chất tuyệt vời của nó mới đẩy lùi được mặt hàng sành dạng đá và chiếm lĩnh thị trường gốm sứ cho tới ngày nay

Gốm sứ Việt Nam có lịch sử xây dựng và phát triển lâu đời Dẫu có nhiều biến cố, thăng trầm trong lịch sử nhưng tinh hoa gốm sứ Việt Nam vẫn luôn luôn giữ mình, luôn

có sự đổi mới và để lại một kho tàng các tác phẩm gốm sứ đặc sắc Đồ gốm thô cổ ở Việt Nam được tìm thấy cách đây khoảng 6000 năm Gốm sứ đã xuất hiện ở nhiều vùng trên đất nước, trải qua bao nhiêu biến động gốm sứ Việt Nam đã có lúc phát triển mạnh, nhưng cũng có lúc gặp khó khăn lớn Có nhiều làng nghề vẫn giữ gìn bản sắc tồn tại và phát triển cho tới ngày nay, bên cạnh đó cũng có những làng nghề dần mai một và biến mất đi khỏi bản đồ gốm sứ Việt Nam

Hiện nay đồ gốm được phân chia làm 3 cách:

- Theo cấu trúc và tính chất của sản phẩm

- Theo mặt hàng

- Theo lĩnh vực sử dụng

1.2 Khái quát về sứ vệ sinh

Sứ vệ sinh nước ta phát triển mạnh từ sau 1990 Tính đến tháng 9/2017, có 23 công

ty sản xuất sứ vệ sinh với tổng công suất thiết kế là 21.750.000 sản phẩm Các cơ sở sản xuất gạch sứ vệ sinh Việt Nam có quy mô công suất chủ yếu từ 500.000 sản phẩm trở lên Một số nhà sản xuất có danh tiếng về chất lượng sản phẩm như Toto, Inax,

Viglacera Đầu tư tư nhân với sản lượng lớn và tập trung tại một địa điểm tới 3,5 triệu sản phẩm/năm là Công ty Hào Cảnh ở Tiền Hải – Thái Bình Ngoài ra, có nhiều nhà đầu

tư với quy mô nhỏ (chỉ khoảng 100.000 sản phẩm một cơ sở) ở vùng Tiền Hải - Thái Bình với tổng sản lượng tới 2,5 triệu sản phẩm/năm

Về công nghệ: Hầu hết các cơ sở sản xuất sứ vệ sinh ở Việt Nam đều có công nghệ hiện đại, thiết bị ở mức tiên tiến so với khu vực và thế giới như trong công đoạn khuấy đất sét trong gia công hồ đổ rót, sử dụng băng đổ rót áp lực với khuôn nhựa, sử dụng robot trong tháo dỡ sản phẩm và phun men, sấy môi trường, lò nung con thoi và tuy nen điều khiển tự động Chỉ còn một số cơ sở tư nhân có quy mô nhỏ chưa có điều kiện đầu tư thiết bị và công nghệ tiên tiến

Về chất lượng và chủng loại: Với những dây chuyền thiết bị và công nghệ sản xuất tiên tiến, hầu hết sản phẩm sứ vệ sinh sản xuất tại Việt Nam đã đạt các thông số của TCVN 6073 : 1995, TCVN 6073 : 2005 Các đơn vị hàng đầu về chất lượng và sản lượng vẫn là Toto, Inax, Viglacera Các đơn vị này có tỷ lệ sản xuất tới trên 60% là xí bệt, trong đó các sản phẩm khó như bệt liền khối tới 30-35% hoặc các sản phẩm khác khá đa dạng với chất lượng cao và kích thước lớn Các đơn vị vùng Thái Bình áp đảo về sản lượng nhưng chất lượng trung bình Đa số các đơn vị này chủ yếu sản xuất bệt rời

và các sản phẩm khác kích thước nhỏ chất lượng trung bình

Sứ vệ sinh là ngành hàng lợi thế về chi phí và cạnh tranh Đáng chú ý, trong năm

2020 xuất khẩu hàng gốm sứ xây dựng của Việt Nam vẫn tăng trưởng khả quan bất chấp ảnh hưởng của đại dịch Covid-19, đạt 375,5 triệu USD, tăng 9,9% so với năm 2019 Chứng tỏ, nhu cầu về sứ vệ sinh ở thị trường trong nước vẫn đang phát triển song ngày càng đòi hỏi cao về chất lượng và sự đa dạng về mẫu mã của sản phẩm

1.3 Yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm sứ vệ sinh

Theo QCVN 16:2014/BXD quy định về các yêu cầu kỹ thuật với nhóm sản phẩm

sứ vệ sinh như Bảng 1.1 và 1.2

Dựa trên Bảng 1.1 và 1.2 có thể đánh giá rằng mỗi một sản phẩm sứ vệ sinh đạt tiêu chuẩn phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, sản phẩm sứ vệ sinh phải đảm bảo yêu cầu về ngoại quan và sai lệch kích thước như sau:

- Men phủ phải láng bóng và đều khắp trên bề mặt chính của sản phẩm Bề mặt khuất không cần phủ men toàn bộ, nhưng không nhìn thấy được các phần không phủ men khi lắp vào vị trí sử dụng Các đường gờ và cạnh của sản phẩm không bị mỏng men

- Không cho phép có các vết nứt mộc trên sản phẩm trong mọi trường hợp

Bảng 1.1 Quy chuẩn yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sứ vệ sinh

Tên SP Chỉ tiêu kỹ thuật Mức yêu cầu PP thử Quy cách

TCVN 5436:2006

1 sản phẩm hoàn chỉnh

Khả năng chịu tải của sản

Độ làm sạch bề mặt Bảng 7

TCVN 6073:2005

TCVN 5436:2006

1 sản phẩm hoàn chỉnh

Khả năng chịu tải của sản

5436:2006

1 sản phẩm hoàn chỉnh

Độ xả thoát bằng giấy vệ sinh

Bảng 7 TCVN 6073:2005

Bảng 1.2 Các thông số cơ lý cho sản phẩm (Theo TCVN 6073:2005)

7 Khả năng chịu tải của sản phẩm (kN)

≥ 1,5

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU

2.1 Nguyên liệu cho xương

Nguyên liệu chính dùng để sản xuất trong công nghệ sản xuất sứ vệ sinh được chia làm 3 loại:

+ Nguyên liệu dẻo: đảm bảo tính dẻo trong quá trình tạo hình, gồm có cao lanh và đất sét Nó thuộc họ aluminosilicat ngậm nước, khi kết hợp với nước cho ra một khối dẻo duy trì hình dạng sau khi sấy và có cường độ cứng như đá sau khi đã nung Đất sét, cao lanh sau khi nung trong khoảng nhiệt độ (0.7 – 0.8)T cho sản phẩm có độ sít đặt cao, độ hút nước nhỏ (T: nhiệt độ chịu lửa của cao lanh và đất sét )

+ Nguyên liệu gầy: hoàn toàn không có tính dẻo khi đưa vào trong phối liệu gốm, nhưng nó cải thiện một số tính chất của sản phẩm (giảm nhiệt độ nung, tạo pha lỏng khi nung, thúc đẩy nhanh quá trình kết khối…)

+ Nhóm nguyên liệu khác: đưa vào với mục đích cải thiện một số tính chất của sản phẩm hay bổ sung cho đầy đủ thành phần hoá của nguyên liệu Gồm có: đá vôi,

đolomit, BaO, ZnO, TiO2

2.1.1 Nguyên liệu dẻo

Nguyên liệu dẻo sản xuất gốm sứ gồm: đất sét và cao lanh, được đưa vào phối liệu nhằm cung cấp các thành phần ôxit chính và đảm bảo về tính dẻo cho quá trình tạo hình và gia công

a Đất sét

Thành phần chính của đất sét là các khoáng aluminosilicat ngậm nước (nAl2O3.mSiO2.pH2O) được tạo thành do tràng thạch bị phong hóa Tùy theo điều kiện của từng môi trường mà các khoáng tạo ra có thành phần khác nhau, khoáng caolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) và khoáng montmorilonit (Al2O3.4SiO2.H2O+ nH2O) là hai khoáng quyết định những tính chất quan trọng của đất sét như độ dẻo, độ co, độ phân tán, khả năng chịu lửa Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạp chất vô cơ và hữu cơ như thạch anh (SiO2), cacbonat (CaCO3, MgCO3 ), các hợp chất sắt Fe(OH)3, FeS2, tạp chất hữu

cơ dạng than bùn, Các tạp chất đều ảnh hưởng đến tính chất của đất sét

Tính chất chủ yếu của đất sét bao gồm tính dẻo khi nhào trộn với nước, sự co thể tích dưới tác dụng của nhiệt và sự biến đổi lý hóa khi nung Chính nhờ có sự thay đổi thành phần khoáng vật trong quá trình nung mà sản phẩm gốm có tính chất khác hẳn tính chất của nguyên liệu ban đầu Sau khi nung, thành phần khoáng cơ bản của vật liệu gốm là mulite 3Al2O3.2SiO2 (A3S2 đây chính là khoáng làm cho sản phẩm có cường độ cao và bền nhiệt)

Để đánh giá chất lượng của đất sét thông qua thành phần hoá người ta quan tâm đến

ba oxit chính là SiO2, Al2O3 và Fe2O3 Tuỳ theo lĩnh vực sử dụng mà yêu cầu các oxit trên cao hay thấp

Bảng 2.1 Hàm lượng các oxit trong đất sét

b Cao lanh

Cao lanh và đất sét là sản phẩm phong hoá tàn dư của các loại đá gốc chứa tràng thạch như pegmatit, granit, gabro, bazan, rhyolit Theo nguồn gốc phát sinh được chia làm hai loại:

+ Cao lanh sơ cấp (tức cao lanh thô): là cao lanh hình thành ngay tại mỏ đá gốc có chứa tràng thạch

+ Cao lanh thứ cấp: sản phẩm phong hoá tàn dư, nhưng bị nước, băng hà, gió cuốn đi rồi lắng đọng tại các chổ trũng hình thành nên các mỏ cao lanh hay đất sét trầm tích Trong thành phần nguyên liệu của cao lanh, lượng oxit nhôm càng cao càng tốt và lượng tạp chất gây màu (oxit sắt, oxit titan) càng thấp càng tốt Thành phần hoá học của cao lanh theo quy định TCVN 6301 : 1997

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của cao lanh

Tên chỉ tiêu Loại 1 Mức, % Loại 2 Hàm lượng SiO2, không lớn hơn 51 53 Hàm lượng Al2O3, không lớn hơn 33 30 Hàm lượng Fe2O3, không lớn hơn 1,0 1,7 Hàm lượng TiO2, không lớn hơn 10 1,4 Hàm lượng CaO, không lớn hơn 0,7 0,9

Thành phần hóa Hàm lượng khối lượng (%)

2.1.2 Nguyên liệu gầy

Đây là loại nguyên liệu hoàn toàn không có tính dẻo Nó có tác dụng khi đưa vào trong phối liệu gốm sẽ cải thiện một số tính chất của sản phẩm Cụ thể như bảng 2.3 sau:

Bảng 2.3 Cấu trúc và tác dụng của tràng thạch và thạch anh

Cấu trúc

Về mặt hóa học tràng thạch là những

alumosilicat của K, Na, Ca tức

K[AlSi3O8], Na[AlSi3O8], CaAl2Si2O8

Công thức hóa học của thạch anh (quatz) là SiO2, nó rất phổ biến và trong thiên nhiên tồn tại ở 2 dạng: + Dạng tinh thể bao gồm cát thạch anh, Quarzit và sa thạch

+ Dạng vô định hình bao gồm đá cuội (flint) và diatomit

xương sứ vì cho phép hạ thấp nhiệt độ

nung song khoảng nung rộng, sứ ít bị

biến hình

- Tràng thạch khi nó nóng chảy có khả

năng hòa tan thạch anh (SiO2) hay sản

phẩm phân hủy của cao lanh khi dung

dịch đó đạt đến bão hòa sẽ tái kết tinh

mullit dạng hình kim

- Nó quyết định điều kiện công nghệ

(nhiệt độ nung) mà còn ảnh hưởng lớn

đến các tính chất kĩ thuật của sứ

- Đóng vai trò là nguyên liệu đầy

- Giảm độ dẻo của phối liệu, tao điều

kiện cho công đoạn tạo hình

Yêu cầu Hàm lượng các ôxyt gây màu càng ít càng tốt.(%Fe2O3 < 0.5%)

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu kĩ thuật của thạch anh dùng cho xương

Thạch anh Hàm lượng SiO2, không lớn hơn 96 Hàm lượng Fe2O3, không lớn hơn 0,5 Hàm lượng TiO2, không lớn hơn 0,2

Độ mịn, tính bằng phần trăm lượng còn lại trên

sàng kích thước 0,2 mm, không lớn hơn 5

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu kĩ thuật của tràng thạch dùng cho xương

Tràng thạch Hàm lượng SiO2, không lớn hơn 75 Hàm lượng Al2O3, không lớn hơn 14 Tổng hàm lượng (K2O + Na2O), không lớn hơn 7

Hàm lượng Fe2O3, không lớn hơn 0,5 Hàm lượng TiO2, không lớn hơn 1,4

Độ mịn, tính bằng phần trăm lượng còn lại trên

sang kích thước 1 mm, không lớn hơn 0

2.2 Nguyên liệu cho men

Men là lớp thuỷ tinh có chiều dài từ 0,15 ÷ 0,4mm phủ lên bề mặt xương gốm sứ, được hình thành trong quá trình nung, có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở nên sít đặc, nhẵn, bóng và cải thiện tất cả các tính chất của sản phẩm như độ bền hoá, bền cơ, bền nhiệt, bền điện

Men gốm là một hệ phức tạp gồm nhiều ôxít như Li2O, Na2O, K2O, PbO, B2O3, CaO, ZnO, MgO, Al2O3, Fe2O3, SiO2 được đưa vào dưới các dạng sau:

- Nguyên liệu dẻo (plastic): gồm có cao lanh (kaolin), đất sét (clay), bột talc (steatit), betonit…

- Nguyên liệu không dẻo (nonplastic) dưới dạng khoáng: gồm có tràng thạch, đôlômít,

đá vôi, cát

- Nguyên liệu không dẻo dưới dạng hóa chất công nghiệp: BaCO3, Na2CO3, K2CO3, borac (hàn the), axít boric, Cr2O3, ZnO hoặc các loại frit

Ví dụ một số chỉ tiêu của thạch anh và tràng thạch dùng cho men:

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu kĩ thuật của thạch anh dùng cho men

Thạch anh

Hàm lượng Fe2O3, không lớn hơn 0,1 Hàm lượng TiO2, không lớn hơn 0,05

Độ mịn, tính bằng phần trăm lượng còn lại trên

sàng kích thước 0,2 mm, không lớn hơn 0

Bảng 2.7 Các chỉ tiêu kĩ thuật của tràng thạch dùng cho men

Tràng thạch

Hàm lượng Al2O3, không lớn hơn 16 Tổng hàm lượng (K2O + Na2O), không lớn hơn 10

Hàm lượng Fe2O3, không lớn hơn 0,3 Hàm lượng TiO2, không lớn hơn 0,02

Độ mịn, tính bằng phần trăm lượng còn lại trên

sang kích thước 0,5 mm, không lớn hơn 0

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất sứ vệ sinh

Sau khi tham khảo dây chuyền công nghệ sản xuất của Công ty Cổ Phần Sứ Cosani

đề xuất sơ đồ công nghệ như hình 3.1 sau:

Hình 3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất sứ vệ sinh

Băng tải Máy nghiền Khuấy trộn Sàng + khử từ

Đổ rót Sửa mộc Sản phẩm mộc

Sấy Kiểm tra Phun men Nung Phân loại Kho

Chất điện giải

Khuấy mộc hư

Mộc hư Khuôn

3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Dây chuyền công nghệ chia làm 4 giai đoạn sau:

3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị phối liệu

Nguyên liệu được vận chuyển và nhập về được phân chia thành các khu riêng biệt trong kho

Nguyên liệu cân định lượng và chất điện giải (thủy tinh lỏng Na2SiO3, Natri tripolyphophate STPP) nhờ hệ thống băng tải đưa vào máy nghiền (sử dụng máy nghiền

bi, phương pháp ướt để gia công kích thước phối liệu)

Sau khi được gia công về kích thước, phối liệu sẽ được sàng và khử từ được đưa vào thiết bị khuấy trộn để đồng nhất phối liệu

Kiểm tra chất lượng phối liệu Vì sứ sản phẩm được tạo hình bằng phương pháp đổ rót nên hồ phải đạt các yêu cầu sau:

+ Lượng nước ít để giảm thời gian đổ rót và thời gian sấy

+ Độ lưu động của hồ cao để việc vận chuyển trong đường ống dễ dàng và dễ chảy vào những vị trí phức tạp của khuôn

+ Hồ phải bền, ít lắng đọng

+ Tốc độ bám khuôn tốt

+ Lượng chất điện giải ít

+ Dễ tháo khuôn, ít khuyết tật tạo hình, mật độ sản phẩm đều, bề mặt nhẵn

3.2.2 Giai đoạn tạo hình

Phối liệu sau khi kiểm tra và đạt yêu cầu được bơm qua khu tạo hình Ở đây hồ được rót vào khuôn thạch cao (phương pháp đổ rót thừa)

Hồ được giữ trong khuôn một thời gian nhất định, có cường độ để không bị biến dạng sau tháo khuôn

Kiểm tra mộc: mộc sau khi lấy ra khỏi khuôn được tiến hành gọt tỉ mĩ, sữa chữa đảm bảo hình dạng theo yêu cầu, nếu mộc nứt, vỡ sẽ được loại bỏ và chuyển vào nghiền mịn sử dụng làm nguyên liệu

3.2.3 Giai đoạn sấy

Mộc khi tháo khuôn có độ ẩm khoảng 19 ÷ 21% được chỉnh sửa và sấy tự nhiên nhất để giảm độ ẩm xuống còn 12 ÷ 14%

Sau đó được đưa vào buồng sấy giảm độ ẩm xuống 1% Sản phẩm sứ vệ sinh có hình dạng phức tạp nên ta dùng phương pháp sấy ẩm (sấy dịu) để hơi nước có thể bay hơi đồng đều, tránh gây ứng suất làm nứt, vỡ hay biến dạng sản phẩm

Sau khi sấy xong, nếu phát hiện sản phẩm nào có vết nứt, bị biến dạng hoặc không đạt yêu cầu ta tiến hành sửa chữa hoặc chuyển sang nghiền mịn sử dụng làm nguyên liệu Nếu vết nứt tinh vi không nhìn thấy bằng mắt thường ta kiểm tra bằng cách quét dầu hỏa vào những chỗ nghi ngờ (đặc biệt tại những chỗ uốn lượn) dầu sẽ thấm vào các vết nứt và các vết nứt sẽ hiện rõ lên

Những sản phẩm đạt yêu cầu sẽ được đánh bóng và làm sạch trước khi phun men dày 1 ÷ 1.5 mm

3.2.4 Giai đoạn nung

Sản phẩm mộc sau khi phun men xong đặt lên xe đẩy đưa sang lò nung Sản phẩm mộc chất lên tấm lót chạy trên con lăn số lượng tuỳ theo loại sản phẩm cần sản xuất Sản phẩm sau khi nung được công nhân kiểm tra bằng cách nhìn trực tiếp bề mặt sản phẩm men có bị rỗ, có xuất hiện vết nứt, kiểm tra âm thanh khi gõ vào sản phẩm Sản phẩm sau khi công nhân kiểm tra được phân loại, đóng gói và chất vào kho, những sản phẩm không đạt thì đem chất ở bãi thải

CHƯƠNG 4: TÍNH PHỐI LIỆU CHO XƯƠNG VÀ MEN

4.1 Tính phối liệu cho xương

4.1.1 Chọn nguyên liệu

Nguyên liệu sử dụng để tạo ra xương gồm: đất sét, cao lanh, tràng thạch, như đã đề cập ở trên Từng loại gốm khác nhau thì sẽ có yêu cầu kỹ thuật đặc tính khác nhau: như mức độ kết khối, độ cứng, độ chiụ mài mòn, Vì vậy mỗi loại sản phẩm chúng ta phải

có một loại công nghệ sản xuất riêng và nguyên liệu phải có thành phần hoá và đặc tính hoá lý phù hợp Vì vậy đối với từng loại sản phẩm chúng ta phải lựa chọn nguyên liệu

và tính bài cấp phối cho phù hợp dựa vào biểu đồ Apgutchinit và biểu đồ tam giác thành phần khoáng của từng loại gốm sứ (ngoài ra còn dựa vào yếu tố kinh tế tức là dễ khai thác, dễ vận chuyển, ) Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng mỗi thứ một loại, ví dụ như chỉ dùng một loại đất sét, hay một loại cao lanh thì sẽ dẫn đến sự không ổn định về thành phần hoá, kết quả là chất lượng của sản phẩm sẽ không ổn định Chính vì vậy mà cần phải sử dụng nhiều loại nguyên liệu phối trộn hợp lý, để nếu các nguyên liệu có biến động về thành phần hoá thì có thể bù cho nhau

Địa điểm đặt nhà máy tại khu công nghiệp Đà Nẵng là vị trí thuận lợi, khoảng cách

từ các mỏ nguyên liệu có trữ lượng lớn nằm trong giới hạn khoảng cách có thể chấp nhận về mặt vận chuyển Hiện tại, các mỏ nguyên liệu có trữ lượng lớn, chất lượng cao như:

Bảng 4.1 Thành phần hóa của nguyên liệu, % khối lượng

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MKN Tổng ĐSĐT Trắng 57.50 29.60 0.65 0.14 0.50 0.65 2.73 8.50 100.27

ĐS Trúc Thôn 61.30 25.60 1.15 0.08 0.51 0.49 3.00 7.55 99.68

CA (A Lưới) 54.54 30.49 0.99 0.01 0.48 0.60 3.31 9.39 99.81

CH 58.00 28.20 0.60 0.12 0.55 0.39 3.26 9.10 100.22 SML 73.90 15.10 0.58 0.75 0.14 3.65 4.51 1.60 100.23 Cát Hòa Khánh 98.60 0.80 0.12 0.04 0.04 0.01 0.12 0.10 99.83

Bảng 4.2 Bảng thành hóa của nguyên liệu quy về 100% PTL

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MKN Tổng ĐSĐT Trắng 57.35 29.52 0.64 0.14 0.50 0.65 2.72 8.48 100.00

ĐS Trúc Thôn 61.50 25.68 1.15 0.08 0.51 0.49 3.01 7.57 100.00

CA (A Lưới) 54.64 30.55 0.99 0.01 0.48 0.60 3.32 9.41 100.00

CH 57.87 28.14 0.60 0.12 0.55 0.39 3.25 9.08 100.00 SML 73.73 15.07 0.58 0.75 0.14 3.64 4.50 1.60 100.00 Cát Hòa Khánh 98.77 0.80 0.12 0.04 0.04 0.01 0.12 0.10 100.00

Từ bảng 4.2, ta có thể tính thành phần mol của từng oxit của các loại nguyên liệu như bảng 4.3

Bảng 4.3 Thành phần mol của nguyên liệu (mol)

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O

Hình 4.1 Biểu đồ Apgutchinit

Chú thích:

I: Đất sét cho gốm tinh và các sản phẩm chịu lửa

II: Đất sét để sản xuất tấm lát nền và các sản phẩm dạng đá, sản phẩm chịu axit III: Đất sét cho sản phẩm gạch và đồ gốm trang trí

IV: Đất sét sản xuất ngói

V: Đất sét sản xuất gạch clinke

VI: Đất sét sản xuất gạch xây

VII: Đất sét để sản xuất keramzit

Theo biểu đồ Apgutchinit như Hình 4.1 thì đất sét và cao lanh dùng để sản xuất sứ

vệ sinh thuộc vùng III có tỉ lệ Al2O3/SiO2 thuộc khoảng [0.21 – 0.40] còn tổng hàm lượng các oxit thuộc khoảng [0.04 – 0.175] Tuy nhiên ở nước ta do nguyên liệu không được tốt lắm nên để chọn nguyên liệu thoả mãn các yếu tố đó thì rất khó Vì vậy khi lựa chọn nguyên liệu chúng ta phải cân nhắc sao cho phù hợp không nhất thiết phải thoả tất

cả các yêu cầu cụ thể nên ta chú ý vào tỉ lệ Al2O3/SiO2 là chủ yếu Vậy dựa vào giản đồ Apgutchinit, ta chọn được các loại đất sét và cao lanh sau làm nguyên liệu sản xuất sứ

vệ sinh: ĐSĐT Trắng, đất sét Trúc Thôn, cao lanh A Lưới, cao lanh Hiệp Tiến

4.1.2 Tính phối liệu xương

Thông thường trong đất sét, cao lanh ngoài các khoáng sét còn có chứa một lượng tràng thạch do đá chưa phân hoá hoàn toàn Vì vậy để thuận tiện cho việc tính toán bài phối liệu thì người ta thường quy thành phần hoá của nguyên liệu về thành phần khoáng Thành phần khoáng gồm có:

+Khoáng kaolinite (T): Al2O3.2SiO2.2H2O

+Quartz (Q): SiO2

+Khoáng orthoclase (FNa): Na2O.Al2O3.6SiO2

+Khoáng albit (FK): K2O.Al2O3.6SiO2

Để quy thành phần hóa về thành phần khoáng ta có công thức chuyển đổi sau:

Bảng 4.5 Thành phần khoáng của nguyên liệu

Nguyên liệu Thành phần khoáng (%, khối lượng)

Quy đổi thành phần khoáng của nguyên liệu về 100%

Bảng 4.6 Thành phần khoáng của nguyên liệu quy về 100%

Nguyên liệu Thành phần khoáng (%, khối lượng)

Cơ sở của bài phối liệu xương là dựa vào giản đồ hệ 3 cấu tử T - Q – F theo F.H Norton

Hình 4.2 Giản đồ hệ 3 cấu tử T - Q – F (theo F.H Norton)

Ta chọn thành phần khoáng hợp lý để sản xuất sứ vệ sinh Dựa và hình 4.2 ta chọn điểm phối liệu cho sản xuất sứ vệ sinh với phần trăm T, F, Q như sau :

Bảng 4.7 Chọn thành phần khoáng phối liệu xương (% KL)

Q

S F

T

Sứ làm răng

Sành dạng đá

Sứ mềm

Sứ cứng Sành Gạch ốp

Thành phần khoáng có 3 loại T, Q, F nên ta có 3 nghiệm cần tìm, vì vậy để dễ dàng tính toán ta chọn 3 trong 6 loại nguyên liệu cố định với làm lượng không đổi là:

• ĐSĐT Trắng : 10%

• ĐS Trúc Thôn : 15%

• CH : 17%

Vì trong nguyên liệu có 3% xương nghiền mịn nên :

Bảng 4.8 Quy đổi thành phần khoáng của nguyên liệu để tính phối liệu

Thành phần phối liệu còn lại 15.77 15.11 24.12

Để giải phương trình ta ký hiệu như sau:

Nguyên liệu Phần trăm phối liệu

Từ bảng thành phần cấp phối, ta tính được thành phần hóa của phối liệu

Bảng 4.10 Thành phần hóa của phối liệu, %TL

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MKN Tổng ĐSĐT

Khánh 7.90 0.06 0.01 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 8.00 Tổng 64.11 21.36 0.69 0.28 0.35 1.40 3.20 5.16 97.00

Qua bảng thành phần hóa của phối liệu, ta có được thành phần hóa của xương mộc sau khi nung:

Bảng 4.11 Thành phần hóa của xương mộc sau khi nung

Oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O Tổng

% TL 64.11 21.36 0.69 0.28 0.35 1.40 3.20 91.39

Bảng 4.12 Thành phần hóa của xương mộc sau khi nung quy về 97%

Oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O Tổng

% TL 68.05 22.68 0.73 0.29 0.37 1.49 3.40 97.00

4.1.3 Nhiệt độ nung xương

Nhiệt độ chịu lửa tính của xương mộc được tính theo công thức:

4.1.4 Hệ số dãn nở nhiệt của xương

Tính theo công thức Appen:

α

Σai

Trong đó: α: hệ số dãn nở nhiệt

αi: hệ số dãn nở nhiệt của oxit thứ i

ai: % mol của oxit thứ i

Bảng 4.13 Tính toán hệ số dãn nở nhiệt của xương

Oxit SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O Tổng

% 68.05 22.68 0.73 0.29 0.37 1.49 3.40 97.00 KLPT 60.00 93.00 160.00 56.00 40.00 62.00 94.00

Vậy hệ số dãn nở nhiệt của xương là: α = 6.25×10-8

4.2 Tính phối liệu cho men

Men thường dùng để tráng sản phẩm gốm tinh, có thể phân loại đục và trong, không màu và có màu Căn cứ vào phối liệu làm ra sản phẩm mà trong các loại khác nhau về thành phần và tính chất

Men cần phải đạt các yêu cầu sau:

• Thoả mãn yêu cầu của công nghệ, cũng như tính chất của xương

• Dễ chảy trong thời gian ngắn, có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ

• Phải có hệ số dãn nở nhiệt phù hợp với xương để tránh tạo nên phế phẩm khi làm nguội sản phẩm như nứt men, bong men

• Nhiệt độ nóng chảy của men phải nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt độ kết khối của xương

4.2.1 Tính toán phối liệu men

Sử dụng men sống (40%) và phối trộn với Frit Huế HO062 (60%) để sản xuất men trắng đục dùng cho nhà máy Công thức Seger của men sống như sau:

Bảng 4.14 Bảng thành phần hóa của men sống

SiO2 Al2O3 Na2O K2O CaO MgO ZnO ZrO2 BaO MKN Tổng

%TL 44.76 9.35 3.35 1.64 7.7 0.61 0.7 6.99 4.61 20.29 100 Nguyên liệu dùng trong bài cấp phối men sống có thành phần như sau:

Bảng 4.15 Tính toán thành phần cấp phối của men sống, %TL

Tràng thạch Cát BaCO3 ZnO ZrSiO4 Talc CaCO3 Đôlômit Men

Trong đồ án này ta sử dụng hệ thống lò nung roller, thời gian nung ngắn hơn nên nhiệt độ chảy men cần sớm hơn so với lò nung tunnel truyền thống Vì vậy ta sử dụng men trắng đục gồm 40% men sống + 60% Frit Huế HO062

Bảng 4.18 Thành phần hóa của Frit HO062 [7]

sống 40 22.43 4.68 1.68 0.82 3.92 0.31 0.35 0.00 3.50 0.00 2.31 Men 100 58.43 7.08 2.28 3.22 8.72 1.51 6.35 1.80 7.70 0.60 2.31

4.2.2 Nhiệt độ nóng chảy của men

Giới hạn nóng chảy của men được tính theo công thức sau:

K =∑ ani i×ni

∑ bni i×mi

Trong đó: K: giới hạn nóng chảy của men

ai: hằng số nóng chảy của oxit dễ chảy

ni: hàm lượng của các oxit dễ chảy, % khối lượng

bi: hằng số nóng chảy của các oxit khó chảy

mi: hàm lượng của các oxit khó chảy, % khối lượng

Bảng 4.20 Hằng số nóng chảy của các oxit

SiO2 Al2O3 P2O5

Giới hạn nóng chảy của men là: K = 0.344

Bảng 4.21 Nhiệt độ nóng chảy của men theo hệ số K

Gọi Tnc là nhiệt độ nóng chảy của men 1100oC < Tnc < 1200oC

Nội suy tuyến tính ta được: Tnc = 1156 oC

4.2.3 Hệ số dãn nở nhiệt của men

Sự dãn nở nhiệt của men được biểu thị bằng sự dãn nở thể tích khi tăng hoặc giảm

10C gọi là hệ số dãn nở αmen

Sự chênh lệch hệ số dãn nở của men và mộc trong phạm vi hẹp sẽ không gây khuyết tật vì men có khả năng đàn hồi trong một phạm vi nhất định, trước những ứng lực sinh

ra nên giữ được cho men không bị nứt, bị bong Tuy nhiên nếu ứng lực sinh ra lớn hơn

độ bền thì sẽ có hiện tượng nứt men hoặc bong men

- Nếu αmen> αxươngkhi làm nguội sẽ gây ứng suất kéo trong men, nếu ứng suất này

lớn hơn ứng suất kéo của men thì sẽ gây hiện tượng nứt men

- Nếu αmen< αxươngkhi làm nguội sẽ gây ứng suất nén trong men, nếu ứng suất này

lớn hơn ứng suất nén của men thì sẽ gây hiện tượng bong men

Thông thường trong sản xuất αmen > αxương khoảng (5 – 10%), lúc đó độ bền cơ học của sản phẩm tăng lên

Để tính hệ số dãn nở nhiệt của men ta có thể dùng phương pháp Vinkeman hoặc phương pháp Appen

Phương pháp Appen dựa trên giả thuyết: Tính chất của men và thuỷ tinh có quan hệ cộng tính với hàm lượng phân tử của các oxit, nó phụ thuộc nhiều vào thành phần hoá học của men, đặc biệt là phụ thuộc vào hệ số dãn nở nhiệt của từng oxit thành phần có trong men Độ chính xác tính theo Appen là 2 – 3%, hệ số này có tác dụng trong khoảng nhiệt độ: 20 – 400oC

Theo công thức Appen ta có: