tính toán thiết kế máy lọc ép kiểu phòng

tính toán thiết kế máy lọc ép kiểu phòng tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả...

Mở đầuTrong tất cả các ngành công nghiệp, vấn đề thiết bị kỹ thuật sản xuất bao giê cũng là vấn đề quan trọng nhất Việc nghiên cứu tìm ra mét quy trình sản xuất mới đã là khó khăn nhưng nghiên cứu-thiết kế-chế tạo các thiết bị công nghệ phù hợp để tiến hành một cách có hiệu quả nhất các quá trình công nghệ sản xuất đó trong công nghiệp lại càng khó khăn hơn Chính vì vậy, nghiên cứu phát triển trong thiết kế-chế tạo thiết bị công nghệ bao giê cũng là vấn đề then chốt trong công tác triển khai công nghệ.

Trong thực tiễn công nghiệp nói chung còng nh trong công nghiệp hoá chất nói riêng, thường gặp các hệ không đồng nhất bao gồm:

- Hệ rắn-khí: trong đó các hạt rắn lơ lửng trong môi trường khí

- Hệ huyền phù: trong đó các hạt rắn lơ lửng trong pha láng

- Hệ nhò tương: gồm các phần tử chất lỏng phân tán trong chất lỏng khác

Nh vậy hệ không đồng nhất tối thiểu phải có hai pha: mét pha gọi là pha phân tán hay pha trong (pha nội) pha này gồm các hạt rắn (hay lỏng) phân tán trong môi trường khí (hoặc lỏng) Pha thứ hai gọi là pha liên tục hay pha ngoài (pha ngoại) pha này bao quanh các phần tử nhỏ của pha thứ nhất là môi trường

để pha thứ nhất phân tán vào

Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này, em chỉ xin đề cập đến các hệ trong

đó pha phân tán là các hạt rắn và pha liên tục là chất lỏng Đó chính là hệ huyền phù Vấn đề được đặt ra là: các phần tử rắn của pha phân tán trong các huyền phù là một tập hợp hạt đa phân tán, làm thế nào để có thể tách hoàn toàn các phần tử rắn đó ra khỏi hệ huyền phù hoặc chỉ tách các phần tử theo một yêu cầu kích thước nào đó khỏi hệ huyền phù?

Để giải quyết bài toán này có nhiều phương pháp, cụ thể là:

+ Phương pháp phân riêng hệ rắn-lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của trọng lực (phương pháp lắng trọng lực) Các thiết bị tương ứng là: phòng lắng, đường lắng (đối với hệ khí) các thiết bị lắng làm việc gián đoạn, bán liên tục và liên tục (đối với hệ lỏng không đồng nhất) Đây là một trong những phương pháp đơn giản nhất để làm sạch sơ bộ các hệ đó Trong phương pháp này, năng suất và hiệu suất làm sạch phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc lắng của hạt rắn và vào cấu tạo của thiết bị Đối với huyền phù mịn hoặc huyền phù khó lắng thì sử dụng phương pháp này sẽ cho năng suất và hiệu suất rất thấp.

+ Phương pháp phân riêng hệ rắn-lỏng không đồng nhất nhờ vật ngăn (thường gọi là phương pháp lọc) Các máy và thiết bị tương ứng là: tháp đệm, lọc tay áo, lọc bằng ống sứ xốp (đối với hệ khí không đồng nhất) Lọc Ðp khung bản, lọc tấm, lọc bằng ống sứ xốp, các loại máy lọc chân không kiểu thùng quay, kiểu đĩa và kiểu băng (đối với hệ lỏng không đồng nhất) Ở đây, lọc là quá trình cho huyền phù đi qua vách ngăn xốp, các hạt rắn được giữ lại trên bề mặt vách ngăn tạo thành líp bã Èm, nước lọc (nước trong) đi qua vách ngăn Phân riêng hệ không đồng nhất theo phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm, luyện kim và một số ngành công nghiệp khác Phương pháp này cho khả năng phân riêng rất cao Thiết bị có thể làm việc được

ở áp suất thường, áp suất dư hay áp suất chân không Ngoài ra nó còn làm sạch được ở môi trường nhiệt độ cao và có tính ăn mòn hoá học, có khả năng tự động hoá quá trình làm sạch Hơn nữa, quá trình làm việc ổn định Ýt phụ thuộc vào sự thay đổi các tính chất lý-hoá của các pha, vận hành thiết bị đơn giản

+ Phương pháp phân riêng hệ rắn-lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực ly tâm (phương pháp lắng ly tâm) Các máy và thiết bị tương ứng là: các loại xyclon thuỷ lực, các loại máy ly tâm thường và ly tâm siêu tốc (đối với hệ lỏng không đồng nhất)

Phân riêng dưới tác dụng của lực ly tâm là một phương pháp phân riêng rất

có hiệu quả, năng suất cao vì vậy nó được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp hoá chất và các ngành khác

Nh vậy, chúng ta đi sâu vào nghiên cứu tìm hiểu mỗi máy mỗi thiết bị thì chúng đều có những ưu nhược điểm riêng Ở đây, hệ rắn-lỏng không đồng nhất

mà chúng ta cần phân riêng có kích thước các hạt rắn trung bình Do đó để phân riêng đạt hiệu quả tối ưu nhất chúng ta nên chọn phương pháp lọc và tuỳ thuộc vào dây chuyền sản xuất mà thiết bị có thể làm việc gián đoạn hay làm việc liên tục Trong phạm vi nghiên cứu này, em chỉ đi sâu vào tìm hiểu dạng huyền phù

là cao lanh-đất sét và thiết bị sử dụng để phân riêng là máy lọc Ðp kiểu phòng Trong công nghiệp gốm sứ việc sử dụng máy lọc Ðp kiểu phòng để phân riêng huyền phù cao lanh-đất sét là rất có hiệu quả và nó được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực này Về phương diện kỹ thuật, máy lọc Ðp kiểu phòng có cấu tạo đơn giản dễ chế tạo, kết cấu máy gọn nhẹ Về phương diện thao tác, vận hành máy đơn giản nên cũng rất phù hợp với các doanh nghiệp nhỏ, công nghiệp gốm sứ

mỹ nghệ nói riêng còng nh trong công nghiệp gốm sứ nói chung Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này em xin trình bày về máy lọc Ðp kiểu phòng được sử dụng trong dây chuyền sản xuất gốm sứ mỹ nghệ Thiết bị làm việc gián đoạn,

có sử dụng cơ cấu thuỷ lực để tạo lực Ðp các bản lọc với nhau trong khi máy hoạt động và để lùi bản di động khi quá trình lọc đã kết thúc Để đi sâu vào tìm hiểu tính toán thiết kế-chế tạo còng nh vận hành loại thiết bị này em xin được trình bày ở các phần tiếp theo

PHÇN I tổng quan về công nghệ sản xuất gốm sứ.

I.1 Giới thiệu

Danh từ gốm sứ được xuất phát từ chữ Ceramic bao gồm các sản phẩm được sản xuất từ đất sét-cao lanh và các nguyên liệu không thuộc Silicat như Titanat, Pherit Đồ gốm là những sản phẩm được tạo hình từ nguyên liệu dạng bột, khi nung ở nhiệt độ cao chúng kết khối, rắn chắc như đá và cho nhiều tính quý như: độ bền cơ học cao, bền nhiệt, bền hoá, bền điện Để đạt được những tính chất nh vậy thì yêu cầu dây chuyền công nghệ sản xuất gốm sứ cũng rất phức tạp

Với các thuộc tính quý trên, sản phẩm gốm sứ được sử dụng phổ biến trong tất cả các lĩnh vực từ dân dụng đến các ngành công nghiệp hiện đại bao gồm kỹ thuật điện-điện tử, vô tuyến điện tử, truyền tin và truyền hình, tự động hoá và kỹ thuật điều khiển kể cả ngành du hành và chinh phục vũ trụ Chính vì vậy, sản phẩm gốm sứ được phân chia thành nhiều loại với nhiều tên gọi khác nhau, cụ thể là:

Theo cấu trúc và tính chất của sản phẩm người ta phân thành: gốm thô, gốm mịn, gốm đặc biệt

Theo mặt hàng, cách này trước hết là căn cứ vào tên của loại nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra loại sản phẩm đó nh: gạch ngãi, sành, tràng thạch, sành đá vôi, sứ pherit, sứ xương

Phân loại theo lĩnh vực sử dụng Theo cách này không căn cứ vào cấu trúc hay tính chất chủ yếu của nó, cũng không quan tâm đến loại nguyên liệu dùng để sản xuất ra chúng mà dùa vào phạm vi sử dụng Thực chất đây là cách gọi một

lĩnh vực nhất định Các sản phẩm loại này cho ta một khái niệm chung về vai trò của ngành kỹ thuật gốm sứ trong nền kinh tế quốc dân Theo lĩnh vực sử dụng có thể phân loại các sản phẩm gốm sứ như sau:

+ Gốm sử dụng trong dân dụng, bao gồm: gốm dân dụng (chum, vại ), gốm xây dựng (gạch, ngãi ), gốm sử dụng trong y học, gốm mỹ nghệ

+ Gốm sử dụng trong công nghiệp nh: gốm là vật liệu mài, đá mài, dao tiện, gốm phủ kim loại, gốm chịu lửa, gốm dùng trong kỹ thuật điện (sứ cách điện, gốm bán dẫn, gốm từ tính)

Ở nước ta gốm sứ cũng đã xuất hiện từ rất sớm Từ thời thượng cổ ông cha

ta cũng đã sản xuất được đồ gốm, các di vật lịch sử bằng gốm của nền văn hoá thời Hùng Vương phát hiện được ở nhiều địa điểm khảo cổ ở khắp mọi miền trên đất nước ta chứng minh rằng thời kỳ đó tổ tiên chúng ta đã có nền văn minh khá rực rỡ Đặc biệt các sản phẩm gốm thời Lý-Trần với các hoạ tiết trang trí kiểu hoa văn và nhiều màu sắc mang tính dân téc rất độc đáo, men ngọc và men lý được nhiều người ưa thích Thời kỳ này, hàng gốm Việt Nam được xuất cảng sang Nhật Bản và các nước Đông Nam Á khác Chúng ta có rất nhiều cơ sở sản xuất gốm sứ dân dụng và gốm mỹ nghệ như: Hương Canh (sành-sứ dân dụng), Bát Tràng (gốm sứ mỹ nghệ), Móng Cái, Biên Hoà Trong đó ngành gốm sứ mỹ nghệ ngày càng được phát triển cùng với sự phát triển của đất nước

Sản phẩm gốm sứ mỹ nghệ là một trong những sản phẩm tốt nhất, đẹp nhất trong các mặt hàng về gốm Vì vậy công nghệ sản xuất gốm sứ mỹ nghệ cũng yêu cầu rất nghiêm ngặt từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, tạo hình, tạo và tráng men đến khâu nung sản phẩm

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học- ỹ thuật cùng với yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng thì việc cải tiến quy trình công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm là điều sống còn của mỗi doanh nghiệp, mỗi đơn

vị sản xuất Để giải quyết vấn đề trên cần có sự nghiên cứu của nhiều ngành nh:

cơ học, hoỏ học, vật lý, nhiệt học cho từng khõu của quy trỡnh cụng nghệ Với phạm vi của từng ngành sẽ giải quyết từng bài toỏn cụ thể cho từng khõu của quy trỡnh cụng nghệ, kết hợp lại ta sẽ cú một quy trỡnh cụng nghệ tối ưu.

I.2 Dõy chuyền sản xuất

KCS: là khõu kiểm tra

Phần cốt: nguyờn liệu làm cốt sau khi được tuyển chọn và chuẩn bị được đưa vào tạo hỡnh chờ trỏng men

Phần men: nguyờn liệu làm men sau khi được tuyển chọn và chuẩn bị được đưa vào khõu trỏng men cho phần men

Sau khi được trỏng men → nung → thành phẩm

Dưới đõy em xin trỡnh bày sơ đồ dõy chuyền cụng nghệ sản xuất gốm sứ được sử dụng trong xớ nghiệp gốm sứ mỹ nghệ X51 của bộ quốc phũng

KhuấyMáy sàng rung

Cao lanh

Thạch anh

Trường thạch

Đá

vôi

Hoạt thạchPhân tích

Tuyển chọn

Đập hàm

NghiềnKhuấy

Cao lanh

PhôiSửa gạt

In hoa

Tráng men

Đất hồ

đổ rótMáy nghiền bi

Bể chứaKCS

KCS

Đổ rótGắn quai vòi

KCSKho chứa

2

C¹o ch©nChuyÓn lªn lß

§ãng baoXÕp lß

§èt lßTh«ng than, dän lß

Ra lßChuyÓn vµo khoPh©n lo¹iKCSKho thµnh phÈm

4

Hình 1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất gốm sứ mỹ nghệ

Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ:

Đối với cốt: cao lanh và đất sét sau khi được phân tích xác định độ Èm , tuyển chọn rồi được trộn theo tỷ lệ (thường cao lanh 85%, đất sét 15% khô tuyệt đối) Sau đó được qua khuấy trộn, lắng lọc tuyển từ để tách tạp chất sắt chứa trong nguyên liệu Phần nước trong có chứa tạp chất xenlulô nổi lên trên và được thải bỏ Phần hồ sau khi đã được khử bỏ tạp chất sắt được bơm màng bơm vào máy lọc Ðp khung bản để loại bỏ bớt nước, ta được líp đất méc (thường có

độ Èm 25% ÷ 35%) Đất méc sau khi qua máy lọc Ðp khung bản (máy lọc Ðp kiểu phòng) được kiểm tra để phân loại thành phần thô và phần mịn Phần có chứa các hạt thô, rắn được đưa qua máy nghiền bi Phần mịn được ủ trong kho

để tăng độ dẻo, độ Èm đều hơn Sau đó phối liệu đã được ủ được luyện bằng máy hót chân không (đối với nguyên liệu dùng để sản xuất các mặt hàng cao cấp) hoặc luyện thường (đối với nguyên liệu dùng để sản xuất các mặt hàng thứ cấp) để nhằm tăng độ dẻo, giảm lượng không khí có trong líp đất méc tạo nên độ đặc sít cho cốt gốm Sau đó đưa qua công đoạn tiếp theo là tạo hình Ðp Đối với đất hồ đổ rót, chỉ đạt độ mịn trung bình được đưa qua máy nghiền bi (thông thường tỷ lệ: nguyên liệu/ bi/ nước =1/1/1) Sau đó được đưa đi kiểm tra→đưa đi gắn quai vòi→tạo hình Ðp

Đối với men: cao lanh và các nguyên liệu khác trước khi vào sản xuất cũng được phân tích xác định độ Èm, tuyển chọn Cao lanh có độ mịn cao hơn nên chuẩn bị đưa vào máy làm men (máy nghiền bi) Các nguyên liệu còn lại (thường gọi là nguyên liệu gầy) cứng hơn và thường chỉ đạt độ mịn trung bình, sau đó đã trộn theo tỷ lệ được đưa qua máy đập hàm, nghiền và sàng phân loại

Cuối cùng cao lanh và các nguyên liệu này được trộn và đưa qua máy làm men sau đó qua sàng rung, tuyển từ để loại bỏ các tạp chất chứa sắt có trong nguyên liệu Hồ này cũng được kiểm tra ủ trong kho.

I.3 Phân tích nguyên liệu để sản xuất gốm sứ:

I.3.1 Nguyên liệu:

Nguyên liệu để sản xuất gốm sứ là các loại cao lanh và đất sét (gọi là nguyên liệu dẻo), thạch anh, trường thạch, hoạt thạch (gọi là nguyên liệu gầy).Cao lanh và đất sét là sản phẩm phong hoá tàn dư của các loại đá gốc chứa trường thạch nh pecmatit, grabit, gabro, bazan,rhyolit hoặc các cuội sỏi thềm biển đệ tứ, hay đá phun trào axít nh Kê-ra-tô-phia, phen-zit Ngoài sự hình thành phong hoá kiểu tàn dư, còn có sự hình thành do quá trình biến chất trao đổi các

đá gốc cộng sinh nhiệt dịch quắc-pho-phia, chính là quắc-zit

Kiểu phong hoá tàn dư và biến chất trao đổi hình thành các mỏ cao lanh tại

mỏ đá gốc-là cao lanh nguyên sinh (tức là cao lanh thô) Nếu sản phẩm phong hoá tàn dư nhưng bị nước băng hà, gió cuốn đi rồi lắng đọng tại chổ trũng hình thành nên các mỏ cao lanh hay đất sét, trầm tích-hay còn gọi là cao lanh thứ sinh Phần lớn các mỏ Êy là đất sét chịu lửa hay đất sét khó cháy

Sự hình thành các mỏ cao lanh và đất sét, ngoài yếu tố cơ bản là có đá gốc chứa trường thạch phải kể đến yếu tố địa mạo cấu tạo nên vùng chứa đá gốc và yếu tố môi trường (độ Èm và nhiệt độ) Phần lớn các mỏ cao lanh và đất sét nằm

ở vùng đồi núi dốc thoải hay thung lũng giữa các núi Quá trình nghiên cứu sự hình thành Trái Đất người ta cho rằng sự tạo thành các mỏ cao lanh và đất sét xẩy ra ở thời kỳ đầu đệ tứ và mạnh nhất ở thời kỳ đệ tứ muộn Giai đoạn này khí hậu rất Èm vì mưa nhiều, thảm thực vật phát triển mạnh tạo môi trường thuận lợi cho quá trình phong hoá đá gốc bằng các quá trình hoá học Mặt khác cũng ở thời kỳ này sự vận động của Trái đất xẩy ra rất mạnh bao gồm sự nâng lên hay

tụt xuống của vỏ Trái đất phần tiếp xúc với khí quyển tạo nên nhiều nếp uốn và khe nứt.

Như vậy sự hình thành các mỏ cao lanh và đất sét là do chịu sự tác dụng tương hỗ của các quá trình hoá học, cơ học (kể cả sinh vật học) bao gồm các hiện tượng phong hoá, rửa trôi và lắng đọng trong thời gian dài Về mặt hoá học, bản chất của nó là rất phức tạp, bao gồm nhiều khoáng chất có chứa Al, Mg, Si Đất sét phổ biến là được tạo thành bởi trầm tích lắng đọng nên thành phần hạt mịn hơn cao lanh và thành phần khoáng vật cũng phức tạp hơn Về kích thước hạt thì nhìn chung cao lanh và đất sét nằm trong giới hạn phân tán keo (khoảng 60µm).Thành phần và kích thước hạt có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hấp thụ, trao đổi ion, độ co ngót khi sấy, cường độ méc còng nh diễn biến tính chất của các khoáng đó theo nhiệt độ nung

Nguyên liệu để sản xuất men ngoài cao lanh còn có thạch anh, trường thạch, đá vôi và hoạt thạch

Trường thạch là một loại khoáng vật silicat Trong đá mácma trường thạch chiếm tới 60% Về mặt cấu trúc tinh thể trường thạch là loại silicát dạng khung gồm các tứ diện (Si, Al)O4 xếp theo không gian liên tục; tỷ số (Si +Al)/O trong gốc anion luôn =1:2 và Si:Al=3:1:1.Bao gồm Si3Al8, [Si2Al20]-2 hay [Si3Al3O10]-2 Ngoài ra còn có các anion khác nhau nh Cl-1, [OH]-1, [SO4]-2 Về mặt hoá học trường thạch là những alumosilicat K, Na, Ca Trong thực tế Ýt khi chúng tồn tại ở những dạng đơn khoáng mà thường phổ biến ở dạng các hỗn hợp

Vai trò của trường thạch trong công nghiệp gốm sứ là rất quan trọng vì chẳng những nó quyết định điều kiện công nghệ (nhiệt độ nung) mà còn ảnh hưởng lớn đến các tính chất kỹ thuật của sứ Sứ muốn có độ trong cao (khả năng cho ánh sáng xuyên qua lớn) ngoài việc hạn chế các ôxýt gây màu (Fe2O3+TiO2)

phải đưa vào một lượng trường thạch đủ lớn (29 ÷30%) Đối với sứ cách điện cao thế, muốn có độ bền điện cao hàm lượng trường thạch cũng phải lớn ≥ 30% Thạch anh là khoáng chất silicat mà chủ yếu là hợp chất SiO2, trong thiên nhiên thạch anh tồn tại ở hai dạng chính: dạng tự nhiên và dạng vô định hình.Dạng tinh thể bao gồm cát, thạch anh, quắc-zít và sa thạch Cát là sản phẩm phân huỷ của các khoáng chứa nhiều SiO2 (ví dụ granit) dưới tác dụng của cơ học, hoá học, khí hậuv.v Sản phẩm phong hoá được làn nước hay giã mang đi, các hạt mịn bị kéo đi xa, hạt thô (tức cát) đọng lại ở chổ trũng thành các mỏ hay bãi cát lớn ở các cửa sông hay bãi biển Loại cát chứa chủ yếu SiO2 là nguyên liệu chính cho công nghiệp thuỷ tinh và men sứ Sa thạch là sự liên kết các quắc với các chất liên kết khác nh sét, vôi thạch cao hay axít silicat thành khối quặng rắn chắc Nếu sa thạch sít đặc thì gọi là quắc-zít tinh thể, nếu sa thạch gồm các hạt quắc được liên kết lại bằng axít silicat vô định hình thì gọi là quắc-zít xi măng Quắc-zít tinh thể là nguyên liệu cho gốm sứ và vật liệu chịu lửa Đặc tính của loại này là biến đổi hình thù yếu (chậm) quắc-zít xi măng có khả năng chuyển hoá mạnh nên rất thích hợp cho sản xuất gạch đy-nát.

Dạng vô định hình bao gồm đá cuội chính là axít silic sạch, tương đối xốp, loại này nếu độ cứng cao độ mài mòn nhỏ và bề mặt ngoài nhẵn thì dùng làm bi

để nghiền nguyên phối liệu gốm sứ rất tốt

Yêu cầu của thạch anh trong quá trình sản xuất gốm sứ là hàm lượng SiO2 càng cao và hàm lượng tạp chất ôxýt gây màu (như các ôxýt Fe ) càng Ýt càng tốt Ngoài ra còn có hoạt thạch (3MgO4 SiO2.H2O) đá vôi (CaCO3)

Trong quá trình sản xuất còn sử dụng một số phụ liệu khác như: samốt, thạch cao, các ôxýt mang màu như Cr2O3, CrO, MnO2

I.3.2 Đặc tính của đất sét và cao lanh khi có nước:

Nh chóng ta đã biết, sản phẩm gốm sứ sản xuất từ cao lanh và đất sét có thể tạo hình bằng nhiều phương pháp khác nhau đó là nhờ đặc tính của nó khi trộn với nước

Như đã nói ở trên, cao lanh và đất sét là tổng hợp nhiều hạt mịn với kích thước hạt rất khác nhau, bề mặt riêng của chúng lớn, hệ thống ống mao quản trong chúng vừa lớn vừa phức tạp do đó khả năng tự hót Èm khi để trong không khí (nước vật lý chứa trong đất sét và cao lanh nguyên khai có lúc lớn hơn 20%) Trộn thêm nước vào trong đất sét và cao lanh, tuỳ thuộc vào hàm lượng nước thêm vào mà tính chất của hỗn hợp sẽ rất khác nhau (ít dẻo, rất dẻo, chảy dẻo và chảy thành dòng liên tục) Đặc tính đó gọi là độ dẻo

Theo cách phân loại của lưu biến học đất sét và cao lanh là vật liệu biến dạng dẻo Chính nhờ tính dẻo của cao lanh và đất sét mà phối liệu gốm sứ có thể tạo hình bằng các phương pháp khác nhau: Ðp bán khô, tạo hình dẻo (ép dẻo, vuốt gắn ráp trong khuôn thạch cao) hay đổ rót hồ trong khuôn thạch cao Nh vậy độ dẻo của hỗn hợp đất sét và cao lanh khi trộn với nước là khả năng giữ nguyên hình dạng mới khi chịu tác dụng của lực bên ngoài mà không bị nứt

Độ dẻo của hỗn hợp trên là do ảnh hưởng của nhiều quá trình hoá lý phức tạp dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau xảy ra đồng thời Tuy nhiên chúng

ta có thể thừa nhận tính dẻo do các hiện tượng chính sau đây gây nên:

+ Khả năng trượt lên nhau của các hạt sét có hình dạng và kích thước khác nhau Khả năng trượt lên nhau càng dễ dàng khi các hạt sét hấp phụ đủ nước và các cation hấp phụ trao đổi

+ Hiện tượng dính kết các hạt sét với nhau thành một khối Hiện tượng này càng mãnh liệt khi các hạt sét hấp thụ các cation hay anion trao đổi đặc biệt

là trường hợp lượng nước vừa đủ để thực hiện quá trình hydrat hoá hoàn toàn

I.3.2.1 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ dẻo:

Độ lớn và đặc biệt là hình dạng các hạt sét: đất sét càng mịn, độ dẻo càng cao; hạt sét dạng sợi hay dạng ống hoặc dạng vi vẩy nhiều góc cạnh độ dẻo cũng lớn

Cấu trúc của khoáng sét đặc biệt là yếu tố điện tích của các ion trung tâm và khả năng thay thế đồng hình của các cation trong các líp cũng là yếu tố cơ bản quyết định tính dẻo Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến khả năng hấp thụ trao đổi, ảnh hưởng đến chiều dày màng nước hydrat hoá (màng nước này có tính chất đặc biệt là tỷ trọng cao từ 1,2 ÷1,4) Chính màng nước này tạo cho các hạt sét vừa có khả năng trượt lên nhau vừa dính kết các hạt sét lại với nhau thành một khối

Nghiên cứu kỹ bản chất của đất sét, chúng ta nhận thấy trong thiên nhiên đất sét luôn luôn là các hỗn hợp có chứa các cation hoá trị 1 và hoá trị 2 hay hoá trị 3 Điều đó có liên quan đến lực hót tĩnh điện giữa các nguyên tố (các cation bao giê cũng hót các anion âm) Trong hệ gồm cả cation hoá trị 1 và hoá trị 2 đều đòi hỏi điện tích âm do đó gây nên hiệu ứng điện giữa các phần tích điện trái dấu mang tính dây chuyền tức là vừa gây nên lực hót và lực đẩy tĩnh điện Chính lực này là động lực làm dính kết các hạt sét lại với nhau (cũng chính là lực liên kết)

Là hệ đất sét và nước chứ không phải là hệ rắn thuần tuý nên lực liên kết trên là tương đối bé Lực liên kết này phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng nước (giải thích các đặc tính của hỗn hợp thay đổi tuỳ theo lượng nước) Khi lượng nước tăng đến mức giới hạn nào đó thì “lực liên kết” giảm hỗn hợp bắt đầu có hiện tượng chảy

Khi nghiên cứu đồng thời ảnh hưởng của hàm Èm và lực tác động bên ngoài đến tính chất của hệ (sét-nước) chúng ta sẽ thu được kết quả

Ứng với một hàm Èm nhất định khi lực bên ngoài đạt đến một giá trị tới hạn thì hệ cũng có hiện tượng chảy lưu biến học gọi lực tới hạn đó là giới hạn chảy.

Đối với đất sét và cao lanh nói riêng và phối liệu gốm sứ nói chung thì lực tới hạn cần đủ lớn để khi có lực bên ngoài thì xuất hiện ứng suất cắt, song không xuất hiện dòng chảy Nói cách khác là lực tới hạn phải lớn hơn ứng suất cắt

Đối với công nghiệp gốm sứ tính dẻo của đất sét và cao lanh là rất quan trọng Nhờ tính dẻo mà phối liệu gốm sứ có thể tạo hình dẻo các loại sản phẩm như: xây trên máy (bát, đĩa ), in trong khuôn, vuốt bộ hay Ðp dẻo

Ngược lại khi lượng nước đủ lớn thì hồ cao lanh và đết sét lại chảy thành dòng liên tục, cho phép ta tạo hình các loại sản phẩm rỗng, hình dáng phức tạp bằng phương pháp đổ rót hồ trong khuôn thạch cao, với phương pháp đổ rót thì

độ nhít của hồ lại là yếu tố đặc biệt quan trọng Yêu cầu của hồ là lượng nước phải Ýt nhất cho phép, đồng thời độ nhít cũng phải cực tiểu để đổ rót dễ dàng và năng suất lại cao Điều đó chỉ đạt được khi sử dụng biện pháp pha loãng hồ đổ rót bằng chất điện giải

Khi tạo hình dẻo thì giới hạn chảy và độ Èm tạo hình thích hợp là các chỉ tiêu quan trọng nhất, trong kỹ thuật sấy thì độ co sấy, độ nhạy khi sấy, cường độ méc lại là các chỉ tiêu cần quan tâm

I.3.2.2 Hiện tượng kết khối:

Nguyên liệu còng nh phối liệu lúc nung nóng sẽ kết khối Kết khối là quá trình giảm bề mặt (bên trong và bên ngoài hay ở chỗ tiếp xúc với nhau) của các phần tử vật chất do xuất hiện hay phát triển mối liên kết giữa các hạt, do sự biến mất của lỗ xốp trong vật liệu để hình thành một khối thể với thể tích bé nhất Quá trình giảm bề mặt ngoài xẩy ra đồng thời với sự xuất hiện hay tăng cường các cầu nối giữa các hạt vật thể dưới tác dụng của áp suất hay nhiệt độ Hiện tượng kết khối là quá trình sít đặc và rắn chắc lại của các phần tử khoáng vật

(sản phẩm) dạng bột tơi dưới tác dụng của nhiệt độ hay áp suất, hoặc tác dụng của cả hai yếu tố đó Vật thể đã kết khối có cường độ cơ học cao, độ xốp và khả năng hót nước nhỏ, mật độ hay khối lượng thể tích sẽ lớn nhất Hiện tượng kết khối bao gồm nhiều quá trình hoá học và hoá lý rất phức tạp Các quá trình Êy xẩy ra kế tiếp nhau, hỗ trợ nhau hoặc xẩy ra cùng một lúc, về thực tế không thể tách riêng từng quá trình được Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết khối như thành phần hoá học và khoáng vật, trạng thái bề mặt riêng, điều kiện gia công tạo hình, điều kiện nung Trong đó yếu tố điều kiện nung là quan trọng hơn cả Về mặt hoá học vật thể đã kết khối có bản chất hoàn toàn khác so với vật thể trước lúc nung Tuỳ loại sản phẩm (tức tuỳ thành phần hoá học) mà lúc nung hiện tượng kết khối chỉ xẩy ra ở trạng thái rắn hay kết khối có mặt pha lỏng Hiện tượng kết khối có mặt pha láng bao giê cũng xẩy ra mãnh liệt hơn Chính vì vậy, ngoài thành phần hoá học thì nhiệt độ nung cuối cùng có ảnh hưởng rất quyết định đến chất lượng của sản phẩm nung cho nên điều hết sức quan trọng là phải xác định được nhiệt độ nung hợp lý Để xác định được nhiệt độ nung hợp lý cho một loại sản phẩm thì phải biết được chính xác khoảng kết khối của chúng Khoảng kết khối ở đây là hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ bắt đầu kết thúc quá trình và nhiệt độ bắt đầu kết khối Nhiệt độ bắt đầu kết khối là nhiệt độ ứng với

nó các tính chất bắt đầu thay đổi đột ngột Nhiệt độ kết thúc quá trình kết khối là nhiệt độ mà ở đó các tính chất của sản phẩm nung đạt được giá trị cực đại hay cực tiểu Trong kỹ thuật nung khoảng kết khối có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Nếu khoảng kết khối rộng thì quá trình nung càng dễ dàng, ngược lại khoảng kết khối hẹp sẽ rất khó nung

I.3.3 Công đoạn gia công và chuẩn bị phối liệu:

Trong công nhiệp gốm sứ gia công và chuẩn bị phối liệu giữ một vai trò rất quan trọng vì nó tạo điều kiện cải thiện nhiều tính chất của nguyên phối liệu

còng nh chất lượng của sản phẩm nung Công việc chính của công đoạn này bao gồm :

- Làm giàu và tuyển chọn nguyên liệu

- Gia công thô và gia công trung bình các loại nguyên liệu

- Gia công tinh (nghiền mịn) nguyên phối liệu

- Chuẩn bị phối liệu theo yêu cầu từng loại sản phẩm phù hợp với các phương pháp tạo hình khác nhau

Ngày nay quy mô còng nh chủng loại mặt hàng ngày một tăng dẫn đến việc chuyên môn hoá tới mức tối đa vì đó là biện pháp rất cơ bản nhằm giảm giá thành và nâng cao chất lượng sản phẩm Vì vậy phần lớn các công đoạn sản xuất

ở các khâu trước lúc tạo hình có thể tiến hành ngay tại nơi khai thác gần đạt yêu cầu mong muốn (bao gồm tuyển chọn, làm giàu, gia công thô, trung bình và nghiền mịn đạt đến cỡ hạt 63µm) Do thực hiện việc gia công các loại nguyên liệu riêng đạt yêu cầu cho nên dây chuyền và thiết bị cho các khâu trước lúc tạo hình ở các nhà máy gốm sứ đơn giản hơn nhiều, thậm chí cho phép bỏ cả khâu nghiền và trộn theo phương pháp cổ điển

I.3.3.1 Công đoạn nghiền:

Phối liệu gốm sứ được tạo hình từ nguyên liệu dạng bột mịn, do yêu cầu về tính chất và phạm vi sử dụng mỗi loại sản phẩm đòi hỏi một mức độ nhất định

Độ mịn càng cao thì bề mặt riêng của phối liệu càng lớn, khi nung các phản ứng giữa các hạt rắn xẩy ra dễ dàng hơn Khả năng phản ứng giữa các hạt rắn có độ mịn cao tiến hành thuận lợi vì một mặt số điểm và diện tích tiếp xúc giữa các hạt lớn, mặt khác quá trình nghiền mịn tạo ra số khuyết tật trên bề mặt các tinh thể hạt rắn nhiều hơn

Trong kỹ thuật nghiền người ta chia làm ba loại: nghiền thô, nghiền trung bình và nghiền mịn Về phương thức nghiền có thể tiến hành nghiền riêng hay nghiền chung; về phương pháp nghiền có thể tiến hành nghiền khô hay nghiền

ướt, có thể nghiền gián đoạn hay nghiền liên tục Công nghệ sản xuất gốm thô phần lớn là nghiền thô và nghiền trung bình, còn sản xuất gốm mỹ nghệ thì kết hợp cả hai loại trên song chủ yếu là nghiền mịn Cơ sở để lùa chọn phương thức nghiền, thiết bị nghiền, chế độ nghiền là dùa vào đặc tính của nguyên liệu còng

nh về chủng loại và tính chất mong muốn của sản phẩm

Mục đích của nghiền thô là nhằm đập và nghiền nguyên liệu dạng cục lớn đến yêu cầu cho phép nạp vào máy nghiền mịn Khi chọn thiết bị nghiền thô hay trung bình phải căn cứ vào tính năng (độ cứng của nguyên liệu và kích thước ban đầu của nó) Đối với loại vật liệu gầy sử dụng trong gốm sứ là thạch anh, trường thạch và các hợp chất thiên nhiên khác thì có thể dùng máy đập búa, máy đập hàm Để nghiền thô và gia công trung bình các loại nguyên liệu mềm như đá phấn, đất sét, cao lanh thì có thể sử dụng các máy nghiền trục trơn hay loại có răng

Đối với nghiền mịn thì yêu cầu kích thước hạt rắn sau khi nghiền phải ≤

63µm (tức qua hết sàng 10.000 lỗ/cm2) trong đó miền kích thước hạt ≤ 20µm chiếm đa số Yêu cầu của nguyên liệu nạp vào máy nghiền mịn phải có kích thước các hạt rắn ≤ 1mm Trong công nghiệp sản xuất gốm sứ chủ yếu sử dụng máy nghiền bi gián đoạn theo phương pháp ướt để nghiền mịn phối liệu

Ưu điểm của phương pháp này nh sau:

- Đạt được độ đồng nhất cao vì vừa có tác dụng nghiền và trộn đều, nghiền khô đạt độ đồng nhất kém do phối liệu nằm ở các góc cạnh, phần hạt mịn thường dính vào thành máy bi đạn Ýt tham gia quá trình trộn

- Hồ phối liệu có độ mịn cao dễ dàng phân loại (nếu cần), phối liệu nghiền khô có độ mịn cao rất khó phân loại

- Tháo phối liệu ra khỏi máy rất thuận tiện nhất là dùng kết hợp với khí nén (lỗ tháo có thể rất bé, không phải tháo bi đạn ra, làm vệ sinh dễ dàng)

- Không phải sấy nguyên liệu đem nghiền mà chỉ cần biết chính xác độ Èm của nó.

- Hợp vệ sinh mà không cần bao che

- Tiêu tốn năng lượng để nghiền bé hơn nhiều so với nghiền khô

Phần lớn các loại sản phẩm gốm sứ tạo hình theo phương pháp dẻo nên chỉ cần qua máy lọc Ðp khung bản là đạt độ Èm tạo hình cần thiết Các loại sản phẩm rỗng, hình dáng phức tạp sẽ tạo hình bằng đổ rót trong khuôn thạch cao thì

có thể đem hồ sử dụng ngay được

Tuy nhiên sử dụng nghiền ướt thì lượng hao mòn bi đạn và líp lót thường lớn hơn rất nhiều so với nghiền khô, cho nên yêu cầu của bi đạn và líp lót cần có tính chất giống vật liệu đem nghiền và sau mỗi lần nghiền cần bổ sung lượng bi đạn

I.3.3.2 Công đoạn chuẩn bị phối liệu:

Yêu cầu cơ bản của việc chuẩn bị phối liệu là:

- Đạt độ chính xác cao nhất về thành phần hoá và tỷ lệ các loại cỡ hạt, thành phần phối liệu và các tính chất kỹ thuật của nó ở các khâu khác nhau trong dây chuyền công nghệ để đảm bảo đúng tính chất mong muốn của các loại sản phẩm sau khi nung

- Đạt được độ đồng nhất cao về thành phần hoá, thành phần hạt, lượng nước tạo hình, chất điện giải và các loại phụ gia trong phối liệu theo thời gian và

vị trí khác nhau

Đó là hai yêu cầu cơ bản ảnh hưởng đến tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật của phối liệu của bán thành phẩm và của thành phẩm Muốn đạt được các yêu cầu đó cần phải nắm vững các đặc tính của các loại nguyên liệu (bao gồm các đặc tính

kỹ thuật của máy móc-thiết bị) Căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng từng loại sản phẩm cần nghiên cứu sản xuất để tính toán phối liệu hợp lý và lùa chọn dây chuyền công nghệ tối ưu

I.3.4 Công đoạn tạo hình Ðp:

Sản phẩm gốm sứ mỹ nghệ rất đa dạng, phụ thuộc vào thị hiếu của người tiêu dùng Trong các lĩnh vực do mục đích và yêu cầu của nó nên đòi hỏi hình dạng và kích thước rất khác nhau Hình dạng và kích thước các loại gốm xây dựng chẳng những do nhiệm vụ chức năng của nó trong từng công trình, do điều kiện và khả năng thi công của con người mà còn do đặc tính kỹ thuật của nguyên phối liệu quyết định Đối với sứ dân dụng, sứ mỹ nghệ và sứ kỹ thuật ngoài các yêu cầu trên, kích thước và hình dạng của nó lại còn phải thoã mãn thị hiếu của người tiêu dùng Mục đích của khâu tạo hình cũng như yêu cầu cơ bản của nó là thoã mãn các yêu cầu về kích thước và hình dạng hình học, độ đồng nhất của bán thành phẩm và của thành phẩm Muốn đạt được điều đó cần có hiểu biết đầy đủ

về lý thuyết tạo hình, đồng thời cần nghiên cứu chế tạo các loại máy tạo hình chuyên dùng thích hợp cho mỗi loại sản phẩm Có rất nhiều phương pháp tạo hình như: đổ rót sản phẩm, đổ rót sản phẩm đặc, xây trên máy, Ðp bán khô, Ðp dẻo, nện dập Mỗi phương pháp tạo hình đòi hỏi một số điều kiện kỹ thuật nhất định Để thão mãn được các yêu cầu cơ bản của kỹ thuật tạo hình điều then chốt nhất là chọn đúng phương pháp tạo hình cho một loại sản phẩm cụ thể-phương pháp tạo hình tối ưu Cơ sở để lùa chọn phương pháp tạo hình chủ yếu dùa vào các yếu tố sau:

+ Hình dạng và các tính chất đặc trưng của các loại sản phẩm

+ Tính chất kỹ thuật của phối liệu

+ Năng suất và giá thành sản phẩm

Đối với các loại sản phẩm rỗng, thành mỏng, hình dạng không phức tạp lắm như lọ hoa, Êm trà hợp lý nhất là chọn phương pháp rót hồ thừa

Đối với các loại sản phẩm rỗng và đặc, hình dạng bên ngoài phức tạp như tượng, thân của các chi tiết của máy bơm chịu axit nên chọn phương pháp rót hồ đầy

Các loại sản phẩm thành mỏng, hình dạng đơn giản tròn xoay, phẳng nên chọn phương pháp xây trên máy.

Đối với các loại sản phẩm có hình dáng khá phức tạp có lỗ hoặc có ren thì nên chọn phương pháp dẻo hay tiện dẻo bằng dao dây hay dao bản

Căn cứ vào hình sản phẩm để lùa chọn phương pháp là chưa đủ mà điều quan trọng là phải căn cứ vào cả đặc tính kỹ thuật của phối liệu mới chọn đúng phương pháp tối ưu: với phối liệu có độ dẻo cao có thể xây trên máy, Ðp dẻo hay tiện dẻo; với phối liệu có độ dẻo vừa có thể Ðp dẻo, đổ rót; với phối liệu kém dẻo nhưng độ đồng nhất cao thì có thể Ðp khô các loại sản phẩm có hình dáng khá phức tạp; với phối liệu rất kém dẻo thì có thể Ðp bán khô, nện dập thủ công Khi phối liệu có thể thoã mãn nhiều phương pháp tạo hình thì chọn phương pháp

có năng suất cao nhất nếu hình dáng sản phẩm cho phép

Vấn đề đặt ra là để tạo hình đạt năng suất cao, phế liệu Ýt, chất lượng sản phẩm cao chóng ta cần chủ động việc lùa chọn nguyên liệu, tính toán phối liệu, chọn phương pháp chuẩn bị phối liệu tối ưu, để tính chất kỹ thuật của phối liệu thoã mãn đầy đủ yêu cầu, thích hợp phương pháp tạo hình đã chọn nhằm đạt được chất lượng sản phẩm là cao nhất Nhiều loại sản phẩm đòi hỏi chẳng những

có hình dáng cần thiết mà còn đòi hỏi độ chính xác về kích thước rất cao như các loại sứ kỹ thuật điều này buộc chúng ta phải quan tâm đầy đủ đến độ co sấy và

độ co nung của phối liệu Sau khi đã tạo hình sản phẩm (cốt) được sữa chữa các khuyết tật của quá trình tạo hình (sửa gạt), trang trí (in hoa) sau đó được sấy, tráng men và sửa tinh lần cuối (cạo chân) trước khi chuyển lên lò

I.3.5 Công đoạn sấy sản phẩm:

Trong quá trìng tạo hình chúng ta đã thêm vào phối liệu một lượng nước nhất định Ví dụ tạo hình Èm là 25%, do đó để việc sửa méc, vận chuyển tráng men và nung được dễ dàng bắt buộc chúng ta phải sấy sản phẩm Khi sấy hơi Èm

sẽ thoát ra, nếu chúng thoát ra đột ngột phần nước ở trên bề mặt hay sát bề mặt

thoát ra dễ dàng nhưng hơi Èm bên trong lòng sản phẩm thoát ra rất khó khăn

Do đó áp suất riêng phần của nó ở những vị trí nước tập trung sẽ tăng đột ngột, nếu áp suất Êy vượt quá lực liên kết của các hạt sét (tức cường độ phá vỡ của méc) sẽ gây nên hiện tượng nổ sản phẩm ngay lúc sấy (hay lóc nung) Vấn đề chủ yếu của kỹ thuật sấy là tìm các biện pháp kỹ thuật để rút ngắn thời gian sấy, giảm vốn đầu tư thiết bị, giảm diện tích sấy và tăng năng suất Kinh nghiệm thực

tế cho thấy rằng chi phí cho quá trình sấy chiếm tỷ lệ khá cao trong giá thành sản phẩm Đối với các loại sản phẩm có kích thước lớn, dày, hình dáng phức tạp (như sứ cách điện cao thế) thì công đoạn sấy cực kỳ quan trọng Nếu để xẩy ra

sự cố ở công đoạn này có thể dẫn đến làm hư háng toàn bộ sản phẩm trong lóc nung

Mục đích của quá trình sấy là loại bỏ nước, liên kết lý học hay nước liên kết hoá lý Nước liên kết hoá lý trong bán thành phẩm gốm sứ gồm nước hấp phụ, nước hydrat hoá và các loại khoáng sét Nước hấp phụ có được là do trên bề mặt các hạt sét có tồn tại năng lượng dư nhờ các hạt sét hấp phụ hơi Èm có trong môi trường Các hạt sét bên trên bề mặt sản phẩm được hấp phụ trước còn các hạt bên trong lòng sản phẩm tiến hành quá trình đó khó khăn hơn dẫn đến sự chênh lệch hàm Èm nên nước ở mặt ngoài sẽ tiếp tục xâm nhập vào bên trong cho đến lúc đạt được sự cân bằng với môi trường bên ngoài Sự liên kết giữa các phân tử nước hấp phụ và các hạt sét khá bền chặt nên khó tách lúc sấy

Nước hydrat chính là lượng nước chúng ta thêm vào, là líp nước bao phủ quanh hạt sét làm cho hạt sét có khả năng đàn hồi tốt (đất sét có độ dẻo cực đại khi lượng nước đủ để thực hiện quá trình hydrat hoá hoàn toàn) Lực liên kết giữa các hạt sét và nước hydrat hoá yếu hơn nhiều so với nước hấp phụ-gọi là liên kết không bền, chỉ đối với tạo hình dẻo hay đổ rót nước này dễ tách lúc sấy.Nước cấu trúc chỉ có ở các khoáng sét 3 líp như bentonit hay illit, khi đất sét

loại này hót nước sẽ nở thể tích rất lớn vì vậy lúc sấy co rất nhiều nên rất khó sấy.

Nước liên kết vật lý nằm ở các lỗ trống giữa các hạt vật liệu nên còn gọi là nước tự do Khi sấy nước này dễ tách nhất

Sản phẩm gốm sứ nói chung là khá dày, lúc sấy nước ở bề mặt dễ bốc hơi gây nên chênh lệch hàm Èm ở trên bề mặt và trong lòng sản phẩm, do đó nước ở trong lòng sẽ khuyếch tán ra bề mặt và tiếp tục bốc hơi Như vậy tốc độ sấy chẳng những phụ thuộc vào khả năng bốc hơi trên mặt sản phẩm mà còn phụ thuộc vào tốc độ khuyếch tán nước từ bên trong ra bên ngoài Tốc độ bốc hơi trên bề mặt bao giê cũng lớn hơn tốc độ khuyếch tán hơi nước từ trong ra, do đó muốn sấy nhanh phải tìm cách tăng tốc độ khuyếch tán Èm từ trong lòng ra bề mặt sản phẩm

Khi sấy sản phẩm sẽ co, tốc độ thoát Èm không đều dẫn đến sự xuất hiện ứng suất trong sản phẩm làm cho sản phẩm biến dạng và nứt

Nghiên cứu sự tương quan giữa lượng nước thoát ra, độ co, độ xốp và thể tích ban đầu của sản phẩm (phối liệu 75% vật thể rắn và 25% nước) trong quá trình sấy Bơry đã xây dựng nên biểu đồ sau:

Từ biểu đồ cho thấy:

- Nước thoát ra hầu nh ở cả toàn bộ thời gian sấy

- Độ co thể tích đạt đến giá trị cao nhất sau 70h

- Độ co bắt đầu ngay ở giai đoạn I cùng với việc bốc hơi bao phủ quanh hạt sét và độ co tỷ lệ thuận với tốc độ thoát Èm

- Giai đoạn II sản phẩm tiếp tục co và bắt đầu xuất hiện lỗ xốp

- Giai đoạn III tiếp tục bay hơi lượng nước tự do và nước hấp phụ, thể tích ngay sau khi bước sang giai đoạn III là không đổi Sản phẩm chỉ co ở hai giai đoạn đầu, lượng nước bay hơi ở hai giai đoạn này đạt gần 1/2

Cuối giai đoạn II sản phẩm đã bắt đầu mất tính dẻo chuyển sang trạng thái dòn Nh vậy sự co không đều ở giai đoạn này gây nên biến dạng (biến dạng dẻo), cuối giai đoạn II vật thể chuyển sang trạng thái dòn khi co không đều sẽ dẫn đến hiện tượng nứt nếu ứng suất vượt quá cường độ phá vỡ của méc Để

Hình 2: Biểu đồ quan hệ lượng nước thoát ra-độ co-độ xốp

tránh biến dạng và nứt phải tìm biện pháp làm cho sản phẩm co đều đặn trong toàn bộ quá trình sấy Điều hiển nhiên là líp ngoài bay hơi trước, co trước nên bị kéo căng bởi líp bên trong, còn líp bên ngoài lại bị nén Ðp bởi líp bên ngoài gây

ra biến dạng và nứt Muốn làm sản phẩm co đều phải tìm cách giảm sự chênh lệch giữa tốc độ bay hơi nước trên bề mặt và tốc độ khuyếch tán nước từ trong ra ngoài Trong thực tế việc đo và khống chế chúng rất khó khăn, bằng thực nghiệm thường người ta xác định được sự chênh lệch độ Èm ở bề mặt và ở tâm sản phẩm

0102030405060

700

800

I10000

I.3.6 Công đoạn nung tạo thành sản phẩm:

Nung là khâu rất quan trọng trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ Vì nó là yếu

tố quyết định đến chất lượng và giá thành sản phẩm Để sản phẩm nung đạt chất lượng cao nhất phải làm chủ được kỹ thuật nung phải xây dựng được chế độ nung tối ưu cho từng loại sản phẩm

Sản phẩm gốm sứ chỉ nung đến kết khối, quá trình nung là không thuận ngịch và hầu như không đạt được sự sân bằng pha (nghĩa là không thực hiện đến cùng) Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung, đến chất lượng sản phẩm như: thành phần hoá học, kích thước và thành phần hạt, mật độ bán sản phẩm, nhiệt độ nung cực đại và thời gian lưu, tốc độ nâng và giảm nhiệt độ, môi trường khí

I.3.6.1 Thành phần hoá học:

Trong quá trình nung, trong sản phẩm sẽ xẩy ra các phản ứng hoá học phức tạp giữa các ôxyt base và ôxyt axit Lý thuyết và thực nghiệm đều cho thấy thành phần hoá học của phối liệu là yếu tố chủ yếu quyết định độ chịu lửa của nó tức là quyết định nhiệt độ và khoảng kết khối Thành phần khoáng vật chỉ giữ vai trò phân bố thành phần hoá và các thay đổi trung gian dưới tác dung của nhiệt độ và

do đó có ảnh hưởng đến quá trình hình thành pha tinh thể mới trong quá trình nung

I.3.6.2 Kích thước và thành phần hạt:

Kích thước và thành phần hạt chẳng những có tác dụng đến việc sắp xếp các hạt vật chất trong sản phẩm lúc mới tạo hình mà còn là nhân tố khá quan trọng ảnh hưởng đến quá trình kết khối Nh ta đã biết quá trình kết khối thực chất

là quá trình xẩy ra trên bề mặt, giữa bề mặt tiếp xúc của các hạt vật thể nhất là trong trường hợp kết khối pha rắn

Trong công nghiệp gốm sứ khi phân loại sản phẩm đã phân chia ra gốm thô, gốm mịn thì ở mức độ nhất định đã thừa nhận vai trò và tác dụng của thành phần

và kích thước hạt Nói chung kích thước hạt càng bé, phối liệu càng kết khối tốt, nếu kích thước hạt đạt độ mịn mong muốn có thể hạ thấp nhiệt độ nung cực đại xuống khoảng 20÷350C Khi kết khối có mặt pha lỏng kích thước hạt vật liệu ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến độ hoà tan của hạt rắn trong pha lỏng dẫn đến làm thay đổi mạnh các tính chất của pha đó Kết quả là làm thay đổi mọi tính chất của sản phẩm Ví dụ sứ giàu SiO2 chỉ đạt độ bền cơ cao nhất khi các hạt SiO2 đạt

độ mịn 5÷15µm

I.3.6.3 Mật độ của bán thành phẩm:

Độ sít đặc của các hạt nói riêng và của sản phẩm nói chung có ảnh hưởng đến quá trình kết khối, mật độ càng cao thì kết khối càng thuận lợi điều này đạt được khi Ðp sản phẩm bán khô với áp lực cao Các loại sản phẩm tạo hình bằng phương pháp dẻo hay đổ rót quá trình sấy ngoài mục đích tách nước liên kết cũng còn góp phần nâng mật độ do tác dụng của ứng suất co

Mật độ của bán thành phẩm nh trên đã nêu là có tác dụng tốt đến hiện tượng kết khối song là yếu tố phụ và có ý nghĩa đáng kể khi nung gốm đặc biệt quá trình kết khối chỉ đơn thuần xẩy ra ở trạng thái rắn

I.3.6.4 Nhiệt độ nung cực đại và thời gian lưu:

Chóng ta biết rằng nhiệt độ nung hợp lý và thời gian lưu là yếu tố rất cơ bản

có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sản phẩm nung và chính lại do thành phần hoá học của phối liệu quyết định Tuy thành phần hoá học mà hiện tượng kết khối nói chung hay các phản ứng hoá học giữa các cấu tử nói riêng xẩy ra ở trạng thái rắn hay ở giai đoạn đầu là kết khối pha rắn song cuối cùng lại xuất hiện thêm pha lỏng Trường hợp kết khối có mặt pha lỏng thì chất lượng và đặc biệt là các tính chất của nó quyết định điều kiện nung

Nhiệt độ nung hợp lý có thể tính toán được khi biết thành phần hoá học nhưng tốt nhất là xác định bằng thực nghiệm khi nung các mẫu nhỏ Nhiều nghiên cứu cho thấy nhiệt độ nung cuối cùng và thời gian lưu sản phẩm ở nhiệt

độ đó có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của mẫu nung, thời gian lưu ngắn quá hay kéo dài đều làm thay đổi tính chất của sản phẩm nung

Với phối liệu có khoảng kết khối hẹp nên nung ở nhiệt độ nung thực tế thấp hơn nhiệt độ nung lý thuyết từ 20÷300C và kéo dài thời gian lưu ở nhiệt độ đó lâu hơn Phối liệu có khoảng kết khối rộng cho phép nung ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ lý thuyết 20÷300C song rút ngắn thời gian lưu ở nhiệt độ đó một Ýt vẫn thu được sản phẩm tốt đồng thời giảm được năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm

I.3.6.5 Tốc độ nâng và giảm nhiệt độ:

Tốc độ nâng nhiệt độ lúc nung sản phẩm gốm sứ phụ thuộc chủ yếu là quá trình biến đổi các cấu tử trong phối liệu theo nhiệt độ và đặc tính của từng loại sản phẩm (dày, mỏng, to, nhỏ ) Tuỳ thành phần khoáng vật của từng loại phối liệu mà ứng với các khoảng nhiệt độ nhất định sẽ xẩy ra quá trình biến đổi thù hình, hiệu ứng thu nhiệt-toả nhiệt phản ứng hoá học, kết khối, xuất hiện pha láng

Ứng với các quá trình trên trong sản phẩm vật chất sẽ ứng với các trạng thái khác nhau: cấu trúc thay đổi, lực liên kết giữa chúng sẽ khác nhau Do đó nếu tốc độ nâng nhiệt độ không hợp lý sẽ dẫn đến các dạng khuyết tật, thậm chí sản phẩm bị phá huỷ hoàn toàn (sứ cách điện, sứ vệ sinh lóc nung dễ bị nổ tung nếu nâng nhiệt độ quá nhanh) Nói chung sản phẩm lớn thành dày hình dáng phức tạp phải nâng nhiệt độ từ từ; loại sản phẩm bé, mỏng, đơn giản cho phép nâng nhanh nhiệt độ

Trong thực tế sản xuất việc xây dựng quy trình nung nói chung và tốc độ nâng nhiệt độ nói riêng cần quan tâm đúng mức đến cấu tạo và loại lò nung

Tốc độ làm nguội chẳng những có ảnh hưởng đến việc phát triển các tinh thể pha rắn mà còn liên quan đến sự xuất hiện ứng suất nội trong sản phẩm chứa pha thuỷ tinh, pha láng khi hạ nhiệt độ sẽ chuyển từ trạng thái dẻo nhít sang trạng thái dòn kèm theo có thể tích lớn, nếu co không đều gây ứng suất làm nứt

vỏ sản phẩm nhất là loại lớn, dày, phức tạp Trong trường hợp pha rắn có mặt các khoáng có đặc tính biến đổi thù hình mãnh liệt sẽ làm thay đổi cấu trúc và thể tích ở giai đọan chuyển pha lại càng nguy hiểm nếu chế độ làm nguội không hợp lý

I.3.6.6 Môi trường khí:

Trong quá trình nung sản phẩm gốm sứ, môi trường khí giữ vai trò quan trọng vì nó có thể làm thay đổi thành phần hoá học và kéo theo là làm thay đổi tính chất của sản phẩm

Tuỳ loại sản phẩm trong giai đoạn nung mà điều chỉnh môi trường cần thiết cho chính xác: ôxy hoá- khử, trung tính, chân không hay các khí bảo vệ khác

Khi nung sứ dân dụng ở giai đoạn 900÷10500C thường phải duy trì O2 mạnh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ các hợp chất CaCO3, MgCO3 hoặc thực hiện phản ứng cháy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong nguyên liệu

Ở giai đoạn 1050÷13000C cần duy trì môi trường khử (dư CO) là nhằm khử màu nâu của Fe+3 sang dạng Fe+2 để sứ trắng hơn:

Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2Theo Bowen thì FeO dễ phản ứg với SiO2 để tạo thành silicat sắt dễ nóng chảy:

FeO + SiO2 → FeOSiO2Hay 2FeO + SiO2→ 2 FeOSiO2

Các silicat dễ nóng chảy ở 11700C và 12050C.

Ở nhiệt độ cao nếu FeO ở dạng tự do (chưa phản ứng kịp với SiO2) và dư

O2 thì Fe+2 lại dễ chuyển thành Fe+3:

4FeO +3 O2→ 2Fe2O3

và ngay cả silicat sắt cũng có khả năng sau:

2(2FeOSiO2) + O2 → 2Fe2O3 + 2SiO2 Khi trong môi trường tồn tại hợp chất sunfat thì ở nhiệt độ trên 13000C còn

có phản ứng:

2Fe2O3→ 4FeO + O23Fe2O3→ 2Fe3O4 + 0.5 O2

Nh vậy nếu duy trì môi trường không đúng thì chẳng những sứ không đạt được màu sắc mong muốn mà còn có thể gây nên bọt men Hàm lượng CO dư ở giai đoạn khử trong khói lò còn từ 2÷5%

Ngoài ra nếu nhiệt độ thuận lợi thì còn có thể xẩy ra phản ứng sau:

2CO → CO2 + Ccác hạt cacbon (C) sẽ bám vào bề mặt sản phẩm, đó là nguyên nhân gây ra dạng khuyết tật chấm đen; vì vậy nếu sứ chỉ nung ở nhiệt độ < 13000C thường tráng men đục và nung trong môi trường O2 hay môi trường trung tính

Đối với sứ kỹ thuật điện điều cần lưu ý là nếu duy trì môi trường nung không đúng sẽ làm thay đổi tính chất của sản phẩm Sứ rutin (TiO2) và các dạng titanat thường nung trong môi trường O2 để đảm bảo khả năng cách điện nếu là môi trường khử sẽ chuyển Ti+4 sang Ti+3 có tính bán dẫn:

TiO2 + CO → Ti2O3 (màu trắng) (màu nâu)

Nếu nguyên liệu có tạp chất thì Ti2O3 có thể xuất hiện ở nhiệt độ cao ngay

cả trong môi trường dư O2

Sau khi nung sản phẩm được đưa ra lò, phân loại kiểm tra và được xếp vào kho thành phẩm chờ xuất xưởng.

Nhân xét:

Qua quá trình phân tích về công nghệ sản xuất gốm sứ nói chung và quá trình sản xuất gốm mỹ nghệ nói riêng, ta thấy rằng: kích thước và thành phần nguyên liệu đóng một vai trò quan trọng trong suốt quá trình sản xuất Độ mịn của nguyên liệu càng cao thì bề mặt riêng của phối liệu (phối liệu các nguyên liệu) càng cao, khi nung các phản ứng giữa các hạt vật chất xẩy ra dễ dàng hơn, tạo ra các sản phẩm đẹp, bền hơn Nếu đạt được độ mịn mong muốn chẳng những tiết kiệm được nguyên liệu, nhiên liệu, sức lao động, hạ giá thành sản phẩm mà còn có thể tạo ra được những sản phẩm có hình thức đẹp, chất lượng cao hơn đáp ứng được yêu cầu thẩm mỹ ngày càng cao của người tiêu dùng Vì vậy vấn đề phân loại nguyên liệu để đạt được miền kích thước yêu cầu là rất quan trọng

PHÇN II Tóm tắt lý thuyết lọc II.1 Động lực lọc:

Độ chênh lệch áp suất cần thiết giữa mặt trên của líp bã và mặt dưới của vách ngăn gọi là động lực của quá trình lọc ∆P

∆P = P1 – P2

v¸ch ng¨n läcb·

huyÒn phï

P

P1

Hình 3: Mô hình quá trình và thiết bị lọc.

Động lực lọc được tạo ra theo mét trong ba phương pháp dưới đây:

- Do trọng lượng cột chất lỏng trên bề mặt vật ngăn (áp suất thuỷ tĩnh) Động lực lọc lớn nhất trong trường hợp này là:

Trong quá trình lọc tồn tại hai dạng lọc sau:

- Lọc bề mặt (lọc tạo bã): khi lọc tất cả các phần tử rắn của huyền phù được giữ lại trên bề mặt của vách ngăn lọc tạo thành bã có chiều dày ngày càng tăng Thông thường sản phẩm có giá trị là bã lọc, kích thước các pha rắn là tương đối lớn và nồng độ của huyền phù tương đối cao

- Lọc bề sâu (quá trình làm trong): khi tạo các phần tử pha rắn chui vào trong các mao quản của vách ngăn (kích thước phần tử rắn nhỏ hơn nhiều lần kích thước lỗ mao quản) các hạt rắn được giữ lại trên thành mao quản nhờ lực hấp phụ hoặc nhờ lực giữ cơ học Khi nào các mao quản chứa gần đầy các phần

tử rắn thì quá trình lọc kết thúc Quá trình này chỉ dùng lọc các phần tử rắn có kích thước rất nhỏ, sản phẩm của quá trình lọc là nước trong còn bã bỏ đi

Phần lý thuyết giới thiệu sau đây chỉ dùng cho quá trình lọc tạo bã và với cấu trúc bã không bị nén Ðp ứng dụng được cho cả hệ lỏng và hệ khí không đồng nhất

Vận tốc lọc được định nghĩa bằng thể tích nước lọc đi qua một đơn vị diện tích bề mặt lọc trong một đơn vị thời gian

∆P1:là hiệu số áp suất giữa 2 phía của vách ngăn, N/m2

∆P2:là hiệu số áp suất giữa 2 phía của líp bã, N/m2.l: là chiều dài của mao quản trong vật ngăn, m

l= α1h1 + α2h2trong đó:

α1, α2: là hệ số kể đến mức độ ngoằn nghèo của mao quản trong vách ngăn và trong bã

h1: là chiều dày của vật ngăn, m

h2: là chiều dày của bã, m

⇒

hoặc

Từ đó cho thấy rằng:

- Vận tốc lọc tỷ lệ thuận với động lực của quá trình lọc, nghĩa là: nếu chênh lệch áp suất ∆P càng lớn thì năng suất lọc càng tăng Chính vì vậy mà trong thực tế: lọc Ðp là tốt nhất, đến lọc chân không và xấu nhất là lọc thuỷ tĩnh Nhưng nhận xét này chỉ đúng với bã không bị nén Ðp.

- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với độ nhít của pha láng Do đó trên thực tế để tăng vận tốc lọc người ta tìm cách giảm độ nhít của pha lỏng mà biện pháp tốt nhất là gia nhiệt nó đến nhiệt độ thích hợp rồi mới tiến hành lọc

- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với trở lực của bã:

Đối với bã bị nén Ðp thì khi tăng động lực lọc thì trở lực của bã cũng tăng lên theo quy luật sau đây:

ρ2 = ρ0∆Pmtrong đó:

kỳ để lấy bớt bã ra hay lấy ra liên tục

- Ngoài ra, trở lực vách ngăn cũng ảnh hưởng đến vận tốc lọc do đó phải chọn vách ngăn thích hợp với từng loại huyền phù

II.3 Phương trình lọc:

Thiết lập phương trình lọc tức là thiết lập phương trình để tính thời gian lọc hay tính lượng nước lọc sau một thời gian nào đó Xuất phát từ phương trình:

Để có thể tích phân phương trình trên thì ta cần biến đổi một số tham sè.

Từ đó ta có đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa là một đường thẳng.

2bV

Từ đó ta có thời gian lọc và thể tích nước trong thu được sau thời gian lọc

τ được xác định theo phương trình sau:

bV: đặc trưng cho trở lực của bã

V0V: đặc trưng cho trở lực của vách ngăn

Cũng từ phương trình trên ta có:

Từ đó ta có đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa là một đường thẳng

2.bV.V0V

Hình 6: Đồ thị II.4 Các loại máy lọc dùng để phân riêng huyền phù:

Để phân riêng hệ lỏng không đồng nhất nhờ vật ngăn hay nói chính xác hơn là để lọc các huyền phù, ta có thể sử dụng rất nhiều loại máy và thiết bị khác nhau Sau đây em chỉ trình bày một số máy và thiết bị chủ yếu, thường dùng trong thực tế

II.4.1 Các máy và thiết bị lọc làm việc gián đoạn:

- Cấu tạo: Gồm một dãy khung và bản ghép liền nhau, giữa khung và bản

có đặt vải lọc Mỗi khung và bản đều có rãnh để dẫn huyền phù và nước rửa Sơ

bộ về cấu tạo máy lọc Ðp khung–bản được trình bày như hình vẽ dưới đây

H×nh 7: CÊu t¹o m¸y läc Ðp khung b¶n

Nguyên lý hoạt động của máy lọc Ðp khung bản:

Huyền phù được bơm màng bơm từ bể chứa vào cửa dẫn huyền phù của máy lọc Ðp khung bản, chui vào các rãnh của khung rồi chui vào khoảng trống bên trong khung Dưới tác dụng của áp lực lọc, chất lỏng sạch chui qua líp vải lọc chảy theo các đường gân của bản, rồi tập trung ở rãnh nằm ngang phía dưới theo van đi ra ngoài Bã được bám vào bề mặt vải và ngày càng dày thêm cho đến khi khoảng trống của khung chứa đầy bã, khi đó nước lọc không chảy qua được nữa (vì trở lực của bã rất lớn) Lúc đó ta ngõng cung cấp huyền phù, tiền hành rửa bã Nước rửa đi vào lỗ dẫn khác với cửa vào của cửa huyền phù đi qua các rãnh của bản, qua líp vải lọc , qua toàn bộ chiều dày của líp bã, rồi qua líp vải lọc thứ hai, chảy theo các khe của bản, sau đó theo van chảy ra ngoài Khi rửa xong ta lùi bản di động để các khung và bản tách nhau ra, bã sẽ rơi xuống máng hứng, và được đưa ra ngoài

Ưu điểm của máy này là: bề mặt lọc trên một diện tích đặt máy lớn Động lực của quá trình lọc lớn, có thể kiểm tra quá trình làm việc và có thể ngừng chỉ một vài bản không làm việc

Nhược điểm của máy này là: Làm việc gián đoạn, thao tác bằng tay nặng nhọc, thời gian phụ lớn, vải lọc chóng háng

b.Máy lọc Ðp kiểu phòng:

Máy lọc Ðp kiểu phòng có nguyên lý làm việc giống máy lọc Ðp khung bản Về cấu tạo thì nó chỉ có các bản mà không có khung Tuy nhiên, loại máy này có ưu điểm hơn máy lọc Ðp khung bản ở chổ: nó làm việc với động lực lọc lớn hơn máy lọc Ðp khung bản Do đó, nó có thể phân riêng được những huyền phù khó lọc hơn, nhỏ hơn mịn hơn kiểu khung bản

2 Thiết bị lọc tấm.

Thiết bị lọc tấm là loại thiết bị làm việc gián đoạn, động lực của quá trình lọc được tạo nên nhờ khí nén hay hót chân không Thiết bị loại này để lọc huyền phù có nồng độ pha rắn bé.

Các bộ phận cơ bản của thiết bị lọc tấm là những bản (hay khung) hình tròn hay chữ nhật được làm từ thanh thép tiết diện lòng máng có khe hở hướng vào trong Trong khe hở đó người ta lồng vào các tấm lưới kim loại, tấm thép uốn sóng hay các bản bằng gỗ, bằng cao su cứng, bằng chất dẻo có gân về cả hai mặt Tất cả khung cùng với phần lõi được bao bọc bằng líp vải lọc phía ngoài tạo thành cái bao (cái tói) Những tói đó được xếp trong những thùng hình trụ hay hình hộp chữ nhật, đặt thẳng đứng hay nằm ngang, có bít kín và chứa đầy huyền phù Dùa vào hình dáng tấm lọc và thùng mà người ta chia ra nhiều loại thiết bị lọc tấm khác nhau, cụ thể là:

a Thiết bị lọc tấm chân không: Tấm lọc là một cái khung rỗng có đục lỗ, bên

ngoài bọc vải lọc, bên trong khung được hót chân không Nước lọc chui qua líp vải lọc, đi vào trong khung rồi theo đường ống đến bộ phận chứa, bã bám trên bề mặt vải khi đạt đến bề dày quy định (khoảng 5÷33mm) người ta mang khung sang bể rửa nhưng vẫn tiếp tục hót chân không để bã không bị rơi ra Sau khi rửa xong mang khung sang bể tháo bã, ở đây người ta thổi không khí ngược lại để tháo bã ra

b Thiết bị lọc tấm nằm ngang, thùng chứa hình trụ, tấm chữ nhật:

Thiết bị gồm một thùng hình trụ nằm ngang, bên trong đặt các tấm hình chữ nhật Các tấm này có một đầu gắn chặt vào nắp, nắp và tấm cùng di trượt trên hai đường ray gắn trong thùng nhờ hai con lăn

Huyền phù được bơm vào thùng (hay nhờ không khí nén) tạo thành áp suất dư làm cho chất lỏng đi qua líp vải lọc, vào bên trong tấm lọc, tập trung lại

và được dẫn ra ngoài theo một đường ống riêng Bã được giữ lại trên mặt ngoài của vải lọc, khi nó đạt đến bề dầy quy định thì dùng không khí nén đẩy huyền