Upload
others
View
46
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
1
„Projekt zosta³ sfi nansowany przy wsparciu Komisji Europejskiej.
Wy³¹czna odpowiedzialnoœæ za zawartoœæ niniejszego podrêcznika spoczywa
na autorach. Jego treœæ nie musi odzwierciedlaæ stanowiska Unii Europejskiej.
Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialnoœci za jakiekolwiek
wykorzystanie informacji zawartych w podrêczniku.”
Ceramic Glaze Recipes
Obliczanie składów szkliw metodą SEGERA, techniki formowania wyrobów ceramicznych
oraz efektywne wykorzystanie zasobów w przemyśle ceramicznym
Program Kszta³cenia Ustawicznego 2007-2013 Leonardo da Vinci
TRANSFER INNOWACJI
Projekt Nr: 2010-1-GR1-LEO 05-03932
“CERAMIC GLAZE RECIPES – CGR”
“RECEPTURY SZKLIW CERAMICZNYCH”
Obliczanie składów szkliw metodą SEGERA, techniki formowania wyrobów ceramicznych
oraz efektywne wykorzystanie zasobów w przemyśle ceramicznym
Projekt realizowany we wspó³pracy z:
Greek Centre of Pottery S.A (GR)KI Keramik-Institut GmbH (DE)Société Française de Céramique (FR)Instytut Ceramiki i Materia³ów Budowlanych (PL)T.Alexandridis and CO (Omega Technology) (GR)
Podręcznik CGR
4
SPIS TREŚCI
ROZDZIA£ 1 ZASTOSOWANIE WZORU SEGERA DO OBLICZANIA SK£ADU SZKLIW
1.1 Szkliwa ceramiczne – ujêcie ogólne
1.2 Wzór Segera
1.3 Przyk³adowe obliczenia surowców
1.4 Obliczanie sk³adu szkliwa
1.5 Obliczanie receptury na podstawie wzoru Segera gdy wymagane jest zastosowanie fryty
1.6 Obliczanie wzoru Segera na podstawie receptury (przy wykorzystaniu teoretycznych wzorów surowców)
1.7 Poszczególne kroki obliczania wzoru Segera na podstawie receptury
1.8 Obliczanie wzoru Segera na podstawie receptury
1.9 Obliczanie wartoœci przelicznika i straty pra¿enia surowca na szkliwo
1.10 Obliczanie receptury szkliwa na podstawie wzoru Segera z uwzglêdnieniem fryty i surowców, które zostan¹ zmielone w m³ynie kulowym
1.11 Masy cz¹steczkowe tlenków podstawowych
1.12 Masy cz¹steczkowe tlenków barwi¹cych
7
7
12
18
25
34
41
48
57
59
61
65
61
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
5
67
67
68
69
70
71
72
73
74
75
80
81
81
83
85
86
ROZDZIA£ 2 METODY FORMOWANIA WYROBÓW CERAMICZNYCH
2.1 Przegl¹d metod formowania
2.2 Kryteria wyboru metody formowania
2.3 Metoda formowania w zale¿noœci od kszta³tu i liczby elementów
2.4 Ocena metod formowania
2.5 Prasowanie osiowe
2.6 Gêstoœæ wyprasek jako funkcja ciœnienia prasowania
2.7 Cykle pracy prasy osiowej (prasa do formowania p³ytek ceramicznych)
2.8 Metoda prasowania izostatycznego (podstawowe zasady)
2.9 Metoda odlewania
2.10 Gips jako tworzywo na formê odlewnicz¹
2.11 Ró¿ne parametry gipsu przeznaczonego na formê odlewnicz¹
2.12 Potencja³ zeta
2.13 Charakter jonowy minera³ów ilastych
2.14 Odlewanie ciœnieniowe
2.15 Etapy odlewania ciœnieniowego
6
Podręcznik CGR
2.16 Nieprawid³owoœci w odlewaniu
ROZDZIA£ 3 EFEKTYWNE WYKORZYSTYWANIE ZASOBÓW W PRZEMYŒLE CERAMICZNYM
3.1 Uwagi ogólne
3.2 Zalecenia o znaczeniu uniwersalnym
3.3 Surowce i masa ceramiczna
3.4 Formowanie
3.5 Suszenie
3.6 Wypalanie
LITERATURA
87
88
88
89
90
92
95
104
113
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
7
Szkliwa ceramiczne s¹ w zasadzie szk³ami lub stopami o zró¿nicowanym sk³adzie. W stanie ciek³ym (po stopieniu), zarówno szkliwa, jak i szk³a zachowuj¹ siê jak chaotyczna sieæ nieuporz¹dkowanych czworoœcianów, które przyjmuj¹ wy¿szy stopieñ organizacji przestrzennej podczas ch³o-dzenia, nie osi¹gaj¹c jednak powtarzalnej geometrycznej struktury krysz-ta³ów w stanie sta³ym ze wzglêdu na znaczn¹ lepkoœæ sch³odzonego szk³a, która uniemo¿liwia na tyle swobodne przemieszczanie siê atomów, by zajê³y energetycznie optymalne pozycje. W nastêpstwie krzepniêcia, taka przypadkowa struktura, pozbawiona uporz¹dkowania dalekiego zasiêgu, tworzy szk³o. Okreœlana jest jako bezpostaciowa, szklista, p³ynna lub nie-krystaliczna.
Szklista struktura szkliw i szkie³ jest niestabilna. Szk³o, które przez d³u¿-szy czas pozostaje wystawione na dzia³anie wysokiej temperatury, ale ni¿-szej od temperatury topnienia, staje siê mêtne ze wzglêdu na powstawa-nie niewielkich kryszta³ków. Pod wp³ywem wysokiej temperatury szk³o tra-ci bowiem wiele ze swej lepkoœci, atomy mog¹ siê swobodnie poruszaæ i tworz¹ strukturê krystaliczn¹, powoduj¹c rekrystalizacjê szk³a. Stopieñ, w jakim zachodzi rekrystalizacja, jak równie¿ orientacja i rozmiary krysz-ta³ów zale¿¹ w przewa¿aj¹cej mierze od sk³adu i temperatury. W przy-rodzie mo¿na spotkaæ wiele przyk³adów zjawiska rekrystalizacji: bazalty i trachity to ska³y mikrokrystaliczne, które formuj¹ siê z lawy pod wp³ywem powolnego sch³adzania. Obsydiany, natomiast, powstaj¹ wskutek szyb-kiego krzepniêcia.
Rozdział 1Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
1.1 SZKLIWA CERAMICZNE – UJĘCIE OGÓLNE
Podręcznik CGR
8
Szkliwa ceramiczne dziel¹ siê na nastêpuj¹ce kategorie w zale¿no-œci od sk³adu:
1) Szkliwa o³owiowe: Sk³adaj¹ siê w przewa¿aj¹cej mierze z krzemianów o³owiu o odczynie kwasowym. Szkliwa o³owiowe s¹ ³atwo topliwe, odznaczaj¹ siê wysokim po³yskiem i znaczn¹ trwa³oœci¹.
2) Szkliwa alkaliczne: Oprócz krzemionki i tlenków alkalicznych, zawie-raj¹ znaczne iloœci tlenku glinu i charakteryzuj¹ siê wysok¹ trwa³oœci¹ i przezroczystoœci¹. Wykorzystywane s¹ przede wszystkim do produk-cji porcelany. Alkalia dodaje siê w postaci fryt alkalicznych, które stosu-je siê powszechnie w szkliwach efektowych typu raku, szkliwach b³ysz-cz¹cych i szkliwach dekoracyjnych z efektem spêkania.
3) Szkliwa borowe: Zawieraj¹ bor, krzemiany, które wi¹¿¹ siê z alkaliami, minera³y alkaliczne i tlenek o³owiu. Szkliwa te znalaz³y podstawowe za-stosowanie w produkcji fajansu.
Na pe³niejsze zrozumienie sk³adu i w³aœciwoœci szkliw ceramicznych po-zwala wzór Segera.
Seger dokona³ klasyfi kacji tlenków wykorzystywanych w przygotowaniu szkliwa na trzy, zale¿ne od w³aœciwoœci, grupy: tlenki zasadowe, amfo-teryczne i kwasowe. Tlenki nie s¹ okreœlane wagowo, lecz jako równo-wa¿niki cz¹steczkowe (mole), a wzór szkliwa pokazuje stosunek pomiêdzy zawartoœci¹ tlenków zasadowych, kwasowych i amfoterycznych. W celu obliczenia w³aœciwych stosunków, wartoœæ sumy moli tlenków zasado-wych musi byæ równa jednoœci (=1).
Poszczególne grupy tlenkowe okreœla siê jako: R2O&RO (zasadowe), R2O3 (amfoteryczne) i RO2 (kwasowe).
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
9
Klasyfi kacja tlenków wg Segera
TLENKI ZASADOWE (R2O&RO)
Mcz.
Li2O 29,881Tlenki
alkaliczneNa2O 61,979
K2O 94,196
CaO 56,077
Tlenki ziem alkalicznych
MgO 40,304
BaO 153,326
SrO 103,619
PbO 223,199
ZnO 81,389
CuO 79,545
Tlenki barwi¹ce
CoO 74,933
MnO 70,937
FeO 71,844
NiO 74,693
Podręcznik CGR
10
TLENKI AMFOTERYCZNE (R2O3)
Mcz.
Al2O3 101,961 Stabilizator
Fe2O3 159,688
Tlenki barwi¹ceCr2O3 151,990
Sb2O3 291,518
TLENKI KWASOWE (RO2)
Mcz.
SiO2 60,084
Tlenki szk³otwórczeB2O3 69,620
P2O5 141,945
TiO2 79,866
Tlenki zmêtniaj¹ceSnO2 150,709
ZrO2 123,223
MnO2 86,937 Tlenek barwi¹cy
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
11
Charakterystyczne wzory Segera
1RO | 0÷0,3 Al2O3 | 1,8÷3 SiO2
SZKLIWA KAMIONKOWE
1RO | 0,2÷0,6 Al2O3 | 2÷5 SiO2
SZKLIWA PORCELANOWE
1RO | 0,5÷1,25 Al2O3 | 6÷12 SiO2
SZKLIWA DO MAJOLIK
SZKLIWA FAJANSOWE
1RO | 0÷0,3 Al2O3 | 2÷4 SiO2
1RO | 0,1÷0,4 Al2O3 | 2÷4 SiO2
0,2÷0,5 SnO2
0÷0,5 B2O2
SZKLIWA DO WYROBÓW GARNCARSKICH
Podręcznik CGR
12
1.2 Wzór Segera
WZÓR JEDNOŚCI
WZÓR SEGERA
FORMUŁA SEGERA
WZÓR EMPIRYCZNY
WZÓR RO
WSZYSTKIE POWY¯SZE OKREŒLENIA DOTYCZ¥ SYSTEMU OBLICZENIOWEGO OPRACOWANEGO PRZEZ PROFESORA HERMANNA SEGERA (1839-1894) JAKO NARZÊDZIE ANALIZY I USTALANIE W£AŒCIWOŒCI SZKLIW I MAS CERAMICZNYCH.
Liczne doœwiadczenia pozwoli³y Segerowi odnotowaæ, ¿e niektóre tlenki o podobnych wzorach cz¹steczkowych maj¹ zbli¿one w³aœciwoœci i po-równywalne dzia³anie chemiczne przy powstawaniu szkliw. Jak wspo-mniano wczeœniej, Seger przedstawi³ zatem ich sk³ad w postaci schema-tycznych grup (kategorii) RO&R2O, R2O3 i RO2, w zale¿noœci od stosunku tlenu do innych pierwiastków w cz¹steczce.
Dziêki temu ³atwo okreœliæ sk³ad chemiczny szkliwa/masy, przeprowadziæ korektê lub wszelkie inne potrzebne zmiany, jak równie¿ dopasowaæ do siebie ró¿ne rodzaje szkliw/mas.
Konsekwentnie, szkliwo/szk³o lub masa powinny byæ postrzegane jako mieszanina tlenków, a nie mieszanina surowców ceramicznych. Faktycz-nie, ró¿ne materia³y wymienione w recepturach s³u¿¹ do uzupe³nienia szkliwa wymaganymi tlenkami.
Sk³ad szkliwa zosta³ przedstawiony jako uporz¹dkowanie tlenków z grup
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
13
RO&R2O, R2O3 i RO2 w trzech kolumnach. Tlenki w wyjœciowej kolumnie RO&R2O s¹ przeliczane do jednoœci =1, a zawartoœci tlenków z dwu po-zosta³ych kolumn okreœlone s¹ jako proporcje grupy wyjœciowej. Nazwa “wzór jednoœci” wywodzi siê w³aœnie z owej “jednoœci” jako punktu od-niesienia obliczeñ.
Oto, w jaki sposób nale¿y przedstawiaæ sk³ad szkliwa:
0,5 CaO 0,4 Al2O
32,3 SiO
2
0,3 MgO 0,1 Fe2O
30,2 TiO
2
0,2 K2O
1 ( JEDNOή)
We Wzorze jednoœci (Wzorze Segera) ukazano wzajemne proporcje, a nie – liczbê cz¹steczek. Liczba cz¹steczek w partii szkliwa jest ogromna i liczo-na jest jako wielokrotnoœæ liczby 6,02 x 1023.
1. Grupa RO&R2O obejmuje wszystkie tlenki, dla których stosunek tlenu do innych pierwiastków wynosi 1 lub mniej, np. CaO, Na2O, etc. Grupê tê okreœla siê na ró¿ne sposoby:
• Grupa RO
• Tlenki
• Topniki
• Zasady lub tlenki zasadowe
• Alkalia lub tlenki alkaliczne
• Zasadowe tlenki metali
Podręcznik CGR
14
2. Grupa R2O3 obejmuje tlenki o stosunku tlenu do innych pierwiastków na poziomie 1,51. S¹ to tlenki o w³aœciwoœciach amfoterycznych, zacho-wuj¹ce siê zarówno jak alkalia, jak i kwasy. Grupa ta jest równie¿ znana pod innymi nazwami:
• Grupa R2O3
• Tlenki amfoteryczne lub obojêtne
• Stabilizatory lub tlenki poœrednie
3. Do grupy RO2 nale¿¹ tlenki o stosunku tlenu do innych pierwiastków równym 21 lub wiêkszym. Tlenki te maj¹ na ogó³ charakter sk³adników sieciotwórczych szkliwa. Grupê okreœla siê jako:
• Dwutlenki
• Tlenki kwasowe
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
15
TOPNIKITLENKI ZASADOWE
GRUPA RO&R2O
STABILIZATORYTLENKI
AMFOTERYCZNE LUB OBOJÊTNE
GRUPA R2O3
SK£ADNIKI SIECIOTWÓRCZE
TLENKI KWASOWE GRUPA RO2
ALKALIA Tlenek glinu Al2O3Dwutlenek krzemu SiO2
Tlenek sodu Na2O Tlenek boru B2O3Dwutlenek cyny SnO2
Tlenek potasu K2O Dwutlenek tytanu TiO2
Tlenek litu Li2O Dwutlenek cyrkonu ZrO2
ZIEMIE ALKALICZNE
Tlenek boru B2O3
Tlenek wapnia CaO
Tlenek magnezu MgO
Tlenek baru BaO
Tlenek strontu SrO
INNE
Tlenek o³owiu PbO
Tlenek cynku ZnO
KLASYFIKACJA TLENKÓW WEDŁUG SEGERA
Podręcznik CGR
16
Tlenek boru (B2O3) jest sk³adnikiem sieciotwórczym szk³a i reaguje jak tle-nek kwasowy. Niemniej, zachowuje siê równie¿ jak topnik, wykazuj¹c w³a-œciwoœci alkaliczne. Istnieje wiele opinii dotycz¹cych przyporz¹dkowania tlenku boru do jednej z kategorii. Standardowo, umieszcza siê go w gru-pie R2O3 (tlenków amfoterycznych). Jednak w Wielkiej Brytanii zaliczany jest do grupy RO2 wraz z tlenkami sieciotwórczymi szk³a.
Tlenki, które wykorzystuje siê do zmêtniania szk³a, zwane substancjami zmêtniaj¹cymi, nale¿¹ do grupy kwasowej (RO2) i obejmuj¹:
• Tlenek cyny SnO2
• Tlenek cyrkonu ZrO2
• Tlenek tytanu TiO2
Nale¿y wzi¹æ pod uwagê to, ¿e w³aœciwoœci tlenków do obni¿ania tem-peratury topnienia wykazuj¹ znaczne zró¿nicowanie, w zale¿noœci od za-stosowanego tlenku i temperatury wypalania szkliwa. Na przyk³ad, tlenek wapnia powszechnie wykorzystywany jest jako topnik w wysokich tempe-raturach do produkcji porcelany i kamionki. W wypalaniu w niskich tem-peraturach (dla szkliw o temperaturze topnienia poni¿ej 1100oC), s³u¿y jednak jako substancja zwiêkszaj¹ca ogniotrwa³oœæ. Podobnie dzia³aj¹ tle-nek baru, magnezu i cynku.
Tlenek o³owiu PbO (glejta) sprawdza siê natomiast jako silny topnik przy wypalaniu szkliw niskowypalaj¹cych siê, w 850oC1150oC. W temperatu-rach powy¿ej 1180oC staje siê substancj¹ lotn¹.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
17
Tlenki wykorzystywane jako sk³adniki szkliw mieszcz¹ siê w trzech kategoriach:
A) Tlenki zasadowe Technologia otrzymywania szkliwa ceramicznego opiera siê na po³¹czeniu tych tlenków z krzemionk¹ lub/i tlenkiem boru w celu wytworzenia krzemianów lub boranów. Tlenki zasadowe, zarów-no alkaliczne (sodu, potasu i litu), jak i ziem alkalicznych (wapnia, magnezu, baru, cynku itp.) nale¿¹ g³ównie do topników, chocia¿ ostatnie z wymienionych maj¹ s³absz¹ zdolnoœæ obni¿ania tempe-ratury topnienia.
B) Tlenki amfoteryczne lub obojêtneTlenki te uznawane s¹, przede wszystkim, jako stabilizatory szkli-wa. W tej roli w literaturze przytaczany jest powszechnie tlenek glinu, natomiast tlenek boru, który wykazuje odmienne dzia³anie, zosta³ w piœmiennictwie brytyjskim sklasyfi kowany jako sk³adnik sieciotwórczy szkliwa.
C) Tlenki kwasowePodstawowym przedstawicielem tej kategorii jest krzemionka. Jak ju¿ zosta³o wspomniane, wedle literaturze brytyjskiej, do tej samej kategorii nale¿y tlenek boru (B2O3).
W obliczeniach przedstawionych w dalszej czêœci, tlenek boru zosta³ umieszczony w kolumnie tlenków amfoterycznych.
PODSUMOWUJĄC
Podręcznik CGR
18
1. 3 Przykładowe obliczenia surowców
Obliczanie masy cz¹steczkowej surowców
W niniejszym przyk³adzie obliczono masê cz¹steczkow¹ (Mcz) skalenia sodowego: Na2O·Al2O3·6SiO2.
Mcz skalenia stanowi sumê mas atomowych (Ma) pierwiastków sk³adowych lub sumê mas cz¹steczkowych tlenków, z których siê sk³ada.
Jak pokazano w obliczeniu, Mcz skalenia sodowego wynosi 524,6.
(Masy cz¹steczkowe tlenków powszechnie wykorzystywanych w oblicze-niach sk³adu szkliwa zosta³y podane na stronie 65).
Obliczanie wzoru chemicznego i cz¹steczkowego tlenku lub su-rowca
Aby obliczyæ wzór chemiczny tlenku o zadanym sk³adzie procentowym, nale¿y podzieliæ odsetek wagowy ka¿dego pierwiastka (zawartoœæ pro-centow¹) przez w³aœciw¹ mu masê atomow¹ (Ma).
Na2O = (23x2) + 16 = 62
Al2O3 = (27 x 2) + (16 x 3) = 102
6 SiO2 = 6 [28 + (16 x 2)] = 360,6
524,6
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
19
PRZYKŁAD
Obliczanie składu cząsteczkowego surowca
Rozwa¿any tlenek ma nastêpuj¹cy sk³ad procentowy:
Masa atomowa cynku wynosi 65, a zatem: 80,24 : 65 = jest 1,24 atomów cynku.
Masa atomowa tlenu wynosi 16, a zatem: 19,76 : 16 = jest 1,24 atomów tlenu.
Nastêpnie, obie jednostki wagowe dzielone s¹ przez 1,24, co daje wynik 1Zn : 1O ZnO, czyli wzór chemiczny tlenku cynku.
Aby obliczyæ wzór cz¹steczkowy surowca o znanym sk³adzie procentowym (w przypadku tlenków), nale¿y podzieliæ odsetek wagowy ka¿dego tlenku przez jego masê cz¹steczkow¹ (Mcz).
Cynk (Zn) 80,24%
Tlen (O) 19,76%
100,00%
Podręcznik CGR
20
Obliczanie teoretycznego wzoru cząsteczkowego kaolinu
PRZYKŁAD
Wzór cz¹steczkowy nale¿y wyliczyæ, dziel¹c iloœæ ka¿dego tlenku (przyjmuj¹c dla uproszczenia 100 g =100%) przez w³aœciw¹ mu Mcz:
W wyniku dzielenia wyliczone zostaj¹ iloœci mas cz¹steczkowych (inaczej: moli) ka¿dego z tlenków zawartych w 100 g surowca. W celu obliczenia wzoru cz¹steczkowego, który okreœla stosunki mo-lowe poszczególnych sk³adowych tlenków w 1 molu surowca nale¿y iloœci moli w 100 g surowca z poprzedniego dzielenia podzieliæ przez ich sumê.
Dziêki temu zabiegowi, ³¹czna wartoœæ tlenków pozostanie równa jednoœci (=1), a pozosta³e wielkoœci bêd¹ odzwierciedla³y stosunek wagowy wzglêdem jednoœci.
W przypadku glin, których przedstawicielem jest kaolin, to Al2O3 (tlenek glinu) powinien byæ równy jednoœci, tote¿ wartoœci cz¹stecz-kowe wszystkich tlenków musz¹ zostaæ podzielone przez liczbê cz¹-steczek Al2O3 (0,387).
Otrzymany wzór cz¹steczkowy (lub wzór empiryczny) ma postaæ: Al2O3·2SiO2·2H2O.
SiO2 (krzemionka) 46,51%
Al2O3 (tlenek glinu) 39,53%
H2O (woda) 13,96%
100,00
SiO2 46,51 ÷ 60 = 0,775
Al2O3 39,53 ÷ 102 = 0,387
H2 O 13,96 ÷ 18 = 0,775
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
21
PRZYKŁAD
Tlenkowy sk³ad procentowy skalenia potasowego (skaleñ Keystone) przedstawia siê nastêpuj¹co:
*/ SP = strata pra¿enia
Wielkoœæ ta wyra¿a % materia³u, który przechodzi w stan lotny pod-czas wypalania. Substancje lotne obejmuj¹, przede wszystkim, wodê i dwutlenek wêgla
Odsetek ka¿dego tlenku dzielony jest przez jego masê cz¹steczkow¹:
SiO2 64,76%
Al2O3 19,94%
Fe2O3 0,04%
CaO 0,17%
Na2O 2,48%
K2O 12,24%
SP* 0,35%
100,00
ODSETEK W SK£ADZIE
ANALITYCZNYM
MASY CZ¥STECZKOWE
RÓWNOWA¯NIKI CZ¥STECZKOWE
SiO2 64,76 60,06 = 1,0750
Al2O3 19,94 101,97 = 0,1955
Fe2O3 0,04 159,68 = 0,0002
CaO 0,17 56,08 = 0,0030
Na2O 2,48 62,00 = 0,0400
K2O 12,24 94,20 = 0,1299
Podręcznik CGR
22
• W obliczeniach ceramicznych, SP odnosi siê do utraty masy materia³u podczas wypalania i ma zastosowanie przede wszystkim w defi nicji Mcz, jak równie¿ w okreœlaniu zachowania surowców. (Pojêcia SP nie stosuje siê do sk³adu chemicznego ceramiki i szkliwa po wypaleniu.)
• Ponadto, w wiêkszoœci chemicznych analizach sk³adu, pomija siê substancje utracone podczas wypalania i nieznana pozostaje ich dok³adna masa cz¹steczkowa.
• W trosce o wiêksz¹ dok³adnoœæ, w obliczeniach dotycz¹cych komercyjnych materia³ów nie uwzglêdnia siê iloœci molowej SP, a jeœli zachodzi potrzeba jej rozwa¿enia, przyjmujemy j¹ jako proporcjê wagow¹, zgodnie z przyk³adem zamieszczonym poni¿ej.
• W obliczeniach teoretycznych, wartoœæ SP mo¿e byæ obliczona w molach bez ryzyka b³êdu, gdy¿ w tym przypadku mo¿na okreœliæ materia³y, które przechodz¹ w stan lotny. (Patrz poprzedni przyk³ad “Obliczanie teoretycznego wzoru cz¹steczkowego kaolinu”)
UWAGA DOTYCZĄCA OBLICZANIA STRATY PRAŻENIA (SP)
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
23
Równowa¿niki cz¹steczkowe powinny zostaæ uporz¹dkowane wed³ug kolumn odpowiednich grup RO, R2O3 i RO2, wyró¿nionych zgodnie ze wzorem Segera, a tlenki z kolumny RO (zasady) nale¿y doliczyæ
Nastêpnie, poszczególne iloœci moli w wierszach dzielone s¹ przez sumê moli w kolumnie RO (0,1729). W efekcie, suma w kolumnie RO równa siê jednoœci (=1), podczas gdy tlenki z pozosta³ych kolumn wyra¿one s¹ jako czêœci jednoœci:
W taki sam sposób, na podstawie wzoru Segera, mo¿na obliczyæ masê cz¹steczkow¹ skalenia Keystone:
RO&R2O R2O3 RO2
0,1299 K2O 0,1955 Al
2O
31,075 SiO
2
0,04 Na2O 0,0002 Fe
2O
3
0,003 CaO
0,1729
0,751 K2O 1,13 Al
2O
36,217 SiO
2
0,231 Na2O 0,0011 Fe
2O
3
0,0180 CaO
1,0000
RÓWNOWA¯NIKI CZ¥STECZKOWE
MASY CZ¥STECZKOWE
ODPOWIADAJ¥CE ILOŒCI WAGOWE
K2O 0,751 X 94,20 = 70,744
Na2O 0,231 X 62,00 = 14,322
CaO 0,018 X 56,08 = 1,009
Al2O3 1,130 X 101,97 = 115,226
Fe2O3 0,0011 X 159,68 = 0,176
SiO2 6,217 X 60,06 = 373,393
Mcz bez SP 574,870
SP 2,019
Mcz z uwzglêdnieniem SP 576,889
Podręcznik CGR
24
JAK OBLICZYĆ STRATĘ PRAŻENIA SP
Tlenkowy sk³ad procentowy obliczany jest poprzez pomno¿enie masy ka¿dego tlenku razy 100 i podzielenie otrzymanego wyniku przez Mcz (tutaj: 576,889):
Postêpuj¹c zgodnie z opisan¹ procedur¹, mo¿na obliczyæ wzór cz¹steczkowy dowolnego materia-³u ceramicznego na podstawie jego sk³adu pro-centowego, jak równie¿, odwrotnie, sk³ad pro-centowy na podstawie wzoru cz¹steczkowego.
SiO2 64,76%
Al2O3 19,94%
Fe2O3 0,04%
CaO 0,17%
Na2O 2,48%
K2O 12,24%
SP 0,35%
100,00
Aby obliczyæ stratê pra¿enia, nale¿y post¹piæ zgodnie z poni¿szymi instrukcjami: Analizowany materia³ wykazuje 0,35% SP, co oznacza, ¿e na 100 g analizowanego tlenku zostanie utracone 0,35 g – pozo-stanie 99,65 g. Ile wynosz¹ straty pra¿enia w przypadku 574,870 g tego tlenku?
Nale¿y siê pos³u¿yæ prost¹ i znan¹ metod¹ obliczania za pomoc¹ proporcji:
Wartoœæ masy obliczonych SP nale¿y dodaæ do obliczonej masy tlen-ku, w ten sposób otrzymuj¹c ca³kowit¹ masê materia³u (576,889).
X = (574,870 x 0,35) : 99,65 = 2,019 SP99,65 0,35 SP
574,870 X
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
25
1.4 Obliczanie składu szkliwa
W celu wykonania szkliwa o zadanym wzorze cz¹steczkowym, nale¿y ustaliæ odsetki wagowe surowców odpowiadaj¹ce tlenkom w wysokoœci wymaganej we wzorze szkliwa. W rezultacie, uzyskuje siê sk³ad masy do produkcji szkliwa.
Nie zawsze udaje siê otrzymaæ wszystkie potrzebne tlenki z surowców nie-rozpuszczalnych, w szczególnoœci w przypadku szkliw wypalanych w ni-skich temperaturach.
W takich przypadkach konieczne jest zastosowanie fryty, która, jak ju¿ zo-sta³o wspomniane, jest bezpieczn¹ i wstêpnie topion¹ mieszanin¹ – obok krzemionki i stabilizatorów – zawieraj¹c¹ tlenki, alternatywnie pozyskiwa-ne z rozpuszczalnych lub/i toksycznych surowców.
Istnieje kilka powodów stosowania ca³kowicie nierozpuszczalnych surow-ców w sk³adzie masy do produkcji szkliwa:
• Podczas szkliwienia, sucha lub biskwitowana masa ceramiczna poch³a-nia wilgoæ i, jednoczeœnie, tlenki znajduj¹ce siê w roztworze, powodu-j¹c modyfi kacjê zarówno szkliwa, jak i gliny.
• Podczas suszenia, poch³oniêta wilgoæ przemieszcza siê pod powierzch-niê czerepu i odparowuje, pozostawiaj¹c wytr¹cone kryszta³ki rozpusz-czalnych tlenków na powierzchni.
• Podczas przygotowywania masy do produkcji szkliwa, nie mo¿na uzy-skaæ równomiernej zawiesiny surowców rozpuszczalnych i nierozpusz-czalnych. W efekcie, otrzymana partia wyrobów bêdzie niejednorod-na.
• Surowce rozpuszczalne zawarte w zawiesinie do produkcji szkliwa mog¹ byæ toksyczne i stanowi¹ zagro¿enie dla ludzi wystawionych na ich dzia³anie podczas szkliwienia.
Podręcznik CGR
26
Wybór surowców do sk³adu szkliwa
Tlenki okreœlone we wzorze cz¹steczkowym szkliwa mog¹ pochodziæ z ró¿nych dostêpnych na rynku surowców. Ustalenie, które z nich pos³u-¿¹ do przygotowania szkliwa, jest istotnym procesem i wymaga znaczne-go doœwiadczenia, szczególnie w przypadku szkliw, w których produkcji wykorzystuje siê fryty.
W tym punkcie, omówione zostan¹ jedynie szkliwa, które otrzymuje siê bez u¿ycia fryt.
Niektóre surowce zawieraj¹ wiêcej ni¿ jeden tlenek. Na przyk³ad, skaleñ potasowy o wzorze cz¹steczkowym: K2O·Al2O3·6SiO2, dostarcza 1 cz¹-steczkê tlenku potasu, 1 cz¹steczkê tlenku glinu i 6 cz¹steczek krzemion-ki. Oznacza to, ¿e skaleñ potasowy wykorzystany do pozyskania danej licz-by cz¹steczek tlenku potasu, jednoczeœnie dostarczy tyle samo cz¹steczek tlenku glinu i szeœæ razy tyle cz¹steczek krzemionki. Wobec tego, stosuj¹c z³o¿one surowce, takie jak skaleñ, w celu pozyskania jednego typu tlenku okreœlonego we wzorze, nale¿y zachowaæ ostro¿noœæ, by nie przekroczyæ wymaganej iloœci pozosta³ych tlenków.
W niewielkich iloœciach Al2O3 i SiO2 standardowo pozyskuje siê z surowych glin (kaoliny, gliny). Jednak przy wiêkszych zawartoœciach ich źród³em s¹ gliny kalcynowane, gdy¿ wysoka zawartoœæ surowej gliny w partii wyro-bów powoduje spêkanie i z³uszczanie siê niewypalonej pow³oki szkliwa podczas suszenia lub podczas pierwszych etapów wypalania. Niemniej, gêstwa musi zawieraæ niewielka iloœæ surowej gliny, która utrzymuje pozo-sta³e surowce w zawiesinie.
Wymagan¹ iloœæ krzemionki nale¿y pozyskiwaæ g³ównie z surowców o jej wysokiej zawartoœci, takich jak skaleñ, glina, kaoliny itp. Nale¿y przez to rozumieæ, ¿e cz¹steczki krzemionki okreœlone we wzorze pozyskiwane s¹ w miarê dodawania z³o¿onych surowców, sk³adaj¹cych siê równie¿ z tlen-ków. Jeœli otrzymana w ten sposób iloœæ krzemionki, a co za tym idzie –
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
27
liczba jej cz¹steczek we wzorze, nie jest wystarczaj¹ca, brakuj¹c¹ iloœæ na-le¿y uzupe³niæ, dodaj¹c bezpoœrednio tlenek krzemu (SiO2).
Nale¿y mieæ na uwadze to, ¿e rzeczywisty sk³ad surowców dostêpnych na rynku (kaolinów, glin, skaleni itp.) znacznie odbiega od sk³adu teore-tycznego podawanego w podrêcznikach i jego prawid³owe wykorzystanie na potrzeby obliczeñ wymaga ponownego okreœlenia wzoru cz¹steczko-wego i mas cz¹steczkowych sk³adników surowców na podstawie analizy sk³adu, dostarczanego przez dostawcê.
Zgodnie ze wspó³czesn¹ wiedz¹ na temat zachowania krzemianów pod-czas wypalania, dok³adne oszacowanie charakteru szkliwa na podstawie obliczeñ lub/i zastosowania danych surowców jest niezmiernie trudne, je-œli nie – niemo¿liwe. Tote¿, aby osi¹gn¹æ po¿¹dany rezultat, trzeba prze-prowadziæ kilka testów szkliwa o takim samym wzorze, z zastosowaniem ró¿nych tlenków i ró¿nych surowców.
Podręcznik CGR
28
0,3 K2O
0,5 Al2O
34,0 SiO
20,7 CaO
1,0
W celu przeprowadzenia tego obliczenia, nale¿y sporz¹dziæ tabelê o licz-bie wierszy i kolumn odpowiadaj¹cej danym, które pos³u¿¹ do obliczeñ (patrz tabela poni¿ej).
W pierwszym wierszu nale¿y zamieœciæ tytu³y kolumn rozpoczynaj¹c od lewej strony i przechodz¹c na prawo do kolejnych, nale¿y wpisaæ nazwy cz¹steczkowe wymaganych tlenków, a nastêpnie uzupe³niæ tytu³y kolejnej kolumny: surowiec, równowa¿niki cz¹steczkowe, masy cz¹steczkowe, jednostki wagowe i receptura.
Po sporz¹dzeniu tabeli, nale¿y przyst¹piæ do obliczeñ:
• Zasada ogólna brzmi: podczas obliczania sk³adu masy do produkcji szkliwa, w pierwszej kolejnoœci uzupe³niamy do ¿¹danej liczby okreœlo-nej we wzorze te tlenki, które pochodz¹ z surowców z³o¿onych. Tlen-ki te obejmuj¹, przede wszystkim, rozpuszczalne alkalia i tlenek boru, toksyczny tlenek o³owiu i niereaktywny tlenek glinu.
Wedle powy¿szej zasady, obliczanie rozpocz¹æ nale¿y od okreœle-nia iloœci moli K2O, któr¹ mo¿na pozyskaæ ze skalenia potasowego (K2O·Al2O3·6SiO2).
Jak jednak ustaliæ, ile moli surowca potrzeba, aby pozyskaæ 0,3 mola K2O?
Wzór s³u¿¹cy do obliczania sk³adu
Na podstawie wzoru cz¹steczkowego typowego szkliwa porcelanowego, nale¿y obliczyæ sk³ad analityczny masy do produkcji szkliwa, wykorzystu-j¹c wzór teoretyczny skalenia potasowego (K2O·Al2O3·6SiO2) celem pozy-skania cz¹steczek K2O.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
29
OTO NASZE ZADANIE:
1 mol skalenia potasowego zawiera 1 mol K2O
Ile moli skalenia mo¿na uzyskaæ z 0,3 mola K2O?
Co oznacza, ¿e: 0,3x1=0,3 i 0,3:1=0,3 mola skalenia dostarczy wymagane 0,3 mola K2O.
W przytoczonym przypadku, wynik jest oczywisty, obliczenia okazuj¹ siê jednak konieczne w przypadku surowców z³o¿onych.
Podsumowuj¹c: Aby ustaliæ, ile moli danego surowca nale¿y wykorzystaæ w celu pozyskania ¿¹danej liczby moli tlenku, trzeba podzieliæ wymagan¹ iloœæ tlenku przez zawartoœæ tego tlenku w danym surowcu.
A zatem, w dalszym ci¹gu obliczeñ nale¿y przyj¹æ 0,3 mola skalenia, aby uzyskaæ 0,3 mola K2O. Jednak¿e, skaleñ zawiera równie¿ Al2O3 i SiO2 i dostarczy analogiczne iloœci tych tlenków do masy szkliwa.
Co oznacza, ¿e: z 0,3 mola skalenia uzyskamy:
0,3 x 1K2O = wymagane 0,3 mola K2O
Ponadto: 0,3 x 1Al2O3= 0,3 mola Al2O3 i 0,3 x 6SiO2 = 1,8 mola SiO2
Nale¿y umieœciæ iloœci molowe tlenków w odpowiedniej kolumnie tabeli.
Nastêpnie, 0,7 mola CaO otrzymywanych jest z równowa¿nej iloœci (0,7 mola) wêglanu wapnia (CaCO3).
W dalszej kolejnoœci, nale¿y uzupe³niæ Al2O3 do ¿¹danej pokaźnej iloœci. Po³owa tej wielkoœci uzyskana zostanie z 0,1 mola kaolinu
Podręcznik CGR
30
(Al2O3·2SiO2·2H2O), a reszta - z 0,1 mola z kaolinu kalcynowanego (Al2O3·2SiO2). Podane surowce dostarcz¹ równie¿ analogicznych iloœci krzemionki do produkcji szkliwa, to znaczy: ka¿da po 0,1 x 2 = 0,2 mola.
Iloœæ SiO2 otrzymanego ze skalenia i kaolinu nie wystarczy do produkcji szkliwa, pozosta³e 1,8 mola nale¿y wiêc dodaæ w postaci jego tlenku (SiO2).
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
31
TLEN
KI S
K£AD
OW
E
SURO
WIE
CRÓ
WN
OW
A¯N
IKI
CZ¥S
TECZ
KOW
EM
ASY
CZ¥S
TECZ
KOW
EJE
DNO
STKI
W
AGO
WE
RECE
PTUR
A %
K 2OCa
OAl
2O3
SiO
2
0,3
0,7
0,5
4
0,3
0,3
1,8
SKAL
EÑ P
OTAS
OW
YK 2O
·Al 2O
3·6Si
O2
0,3
556
166,
842
,4
0,7
WÊG
LAN
WAP
NIA
Ca
CO3
0,7
100,
170
,117
,9
0,1
0,2
KAO
LIN
Al2O
3·2Si
O2·2
H 2O0,
125
8,1
25,8
6,6
0,1
0,2
KAO
LIN
PRA
¯ON
YAl
2O3·2
SiO
2
0,1
222,
122
,25,
6
1,8
KRZE
MIO
NKA
SiO
2
1,8
60,1
108,
227
,5
0,3
0,7
0,5
439
3,1
100
Podręcznik CGR
32
PRZYKŁAD
Okreœlono iloœci molowe niezbêdnych surowców i mo¿na przyst¹piæ do obliczenia sk³adu masy do produkcji szkliwa.
Nale¿y podzieliæ iloœci molowe ka¿dego surowca przez jego masê cz¹-steczkow¹ i umieœciæ wynik w kolumnie “jednostki wagowe”. W istocie, zawartoœæ kolumny stanowi sk³ad masy do produkcji szkliwa. Jest to jed-nak postaæ nieporêczna i w tej postaci nie mo¿e pos³u¿yæ do bezpoœred-nich wyliczeñ, dlatego zostanie przekszta³cona do sk³adu procentowego, wyra¿onego w kolumnie “Receptura %”.
Wyliczanie składu masy do produkcji niskowypalającego
się szkliwa ołowiowego o temperaturze wypalania 1000°C
na podstawie wzoru Segera
Zadany jest nastêpuj¹cy wzór Segera szkliwa bezbarwnego:
Postêpuj¹c jak w poprzednim przyk³adzie, nale¿y sporz¹dziæ tabelê wyliczeñ.
0,7 PbO
0,5 Al2O
34,0 SiO
20,2 ZnO
0,1 MgO
1,0
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
33
TLEN
KI S
K£AD
OW
E
SURO
WIE
CRÓ
WN
OW
A¯N
IKI
CZ¥S
TECZ
KOW
EM
ASY
CZ¥S
TECZ
KOW
EJE
DN
OST
KI
WAG
OW
ERE
CEPT
URA
%Pb
OZn
OM
gOAl
2O3
SiO
2
0,7
0,2
0,1
0,2
2,0
0,7
TLEN
EK O
£OW
IU(m
inia
o³o
wio
wa)
Pb 3O
4
0,23
368
5,6
159,
9548
,6
0,2
TLEN
EK C
YNKU
Zn
O0,
281
,416
,28
4,9
0,1
WÊG
LAN
MAG
NEZ
UM
gCO
3
0,1
84,3
8,43
2,6
0,1
0,2
KAO
LIN
Al2O
3·2Si
O2·2
H 2O0,
125
8,1
25,8
17,
9
0,1
0,2
KAO
LIN
PRA
¯ON
YAl
2O3·2
SiO
2
0,1
222,
122
,21
6,7
1,6
KRZE
MIO
NKA
SiO
2
1,6
60,1
96,1
629
,3
0,7
0,2
0,1
0,2
2,0
328,
8410
0
Podręcznik CGR
34
W podanym przyk³adzie, wymagana iloœæ molowa PbO zosta³a uzyskana z mini o³owiowej, której mol zawiera 3 mole PbO. Do otrzymania 0,7 mola PbO, potrzeba 0,7/3 = 0,233 mola minii.
1.5 Obliczanie receptury na podstawie wzoru Segera (wymagane zastosowanie fryty)
Szkliwo, którego sk³ad (recepturê) nale¿y obliczyæ, ma nastêpuj¹cy wzór Segera:
Jest oczywiste, ¿e po³¹czenie wszystkich tlenków zawartych w powy¿szym wzorze wymaga zastosowania surowców rozpuszczalnych. Wœród nich znajdzie siê tlenek B2O3, alkalia - Na2O i K2O - a zw³aszcza - Na2O, jako ¿e 0,05 mola K2O dostarczyæ mo¿na poprzez dodanie skalenia potasowego.
Ponadto, surowce, z których mo¿na pozyskaæ PbO, takie jak litargit (PbO), minia o³owiowa (Pb3O4) i biel o³owiowa (2PbCO3·Pb(OH)2), s¹ silnie tok-syczne, jakkolwiek nie s¹ rozpuszczalne w wodzie.
Niektóre pozosta³e surowce, takie jak toksyczny dla œrodowiska wodne-go tlenek cynku (do pozyskania ZnO) i nietoksyczny wêglan magnezu (do pozyskania MgO) s¹ nierozpuszczalne, charakteryzuj¹ siê tak niewielkim rozmiarem cz¹stek, ¿e powoduj¹ kurczenie siê i pêkanie niewypalonej po-w³oki szkliwa.
0,05 K2O
0,1 Na2O
0,3 CaO 0,25 Al2O
32,5 SiO
2
0,35 PbO 0,3 B2O
3
0,1 MgO
0,1 ZnO
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
35
Wszystkie te surowce, z powodów wymienionych powy¿ej, powinny byæ sk³adowymi fryty, która jak ju¿ zosta³o wspomniane, jest bezpieczn¹ i wstêpnie stopion¹ mieszank¹ zawieraj¹c¹ tlenki, gdy¿ w przeciwnym wy-padku musia³yby byæ pozyskiwane z surowców rozpuszczalnych lub/i tok-sycznych.
Aby fryta mia³a zrównowa¿ony sk³ad, jej wzór Segera nale¿y obliczyæ zgodnie z poni¿szymi zasadami:
• Stosunek tlenków z kolumny RO&R2O do tlenków z kolumny RO2, powinien wynosiæ miêdzy 1/1 i 1/3.
• Stosunek alkaliów do sumy zawartoœci pozosta³ych tlenków zasadowych w kolumnie RO&R2O nie powinien przekraczaæ 1/1.
• Stosunek B2O3 do SiO2 nie powinien przekraczaæ 1/2.
• Iloœæ Al2O3 we wzorze cz¹steczkowym nie powinien przekraczaæ 0,2 mola.
Fryta sporz¹dzona zgodnie z tymi zaleceniami ulegnie ca³kowitemu stopie-niu i wszystkie jej rozpuszczalne lub/i toksyczne sk³adniki utworz¹ trwa³e zwi¹zki. Ponadto, fryta taka topi siê we wzglêdnie niskich temperaturach.
Teraz nale¿y przejœæ do obliczeñ iloœci fryty, jaka pozwoli uzyskaæ ¿¹dany wzór szkliwa. Ze wzglêdów edukacyjnych i praktycznych, wykorzystane zostan¹ wzory teoretyczne poszczególnych tworzyw.
Fryta powinna posiadaæ nastêpuj¹cy sk³ad, z zachowaniem iloœci molo-wych tlenków wymaganych w postaci frytowanej:
Podręcznik CGR
36
0,35 PbO
0,1 Na2O 0,075 Al
2O
31,15 SiO
2
0,15 CaO 0,3 B2O
3
0,1 MgO
0,7
Oznacza to, ¿e 0,7 mola z kolumny RO pozyskane zostanie z fryty, a pozo-sta³e tlenki otrzymane zostan¹ z innych surowców.
Oto surowce, z których pozyskane zostan¹ tlenki wymagane do przygo-towania fryty:
• Boraks, w celu pozyskania 0,1 mola Na2O, równoczeœnie jednak dostarczy B2O3 w podwójnej iloœci (0,2 mola)
• Kwas borowy, s³u¿¹cy do uzyskania brakuj¹cego 0,1 mola B2O3
• Minia o³owiowa, w celu pozyskania 0,35 mola PbO
• Wêglan wapnia, w celu pozyskania po³owy wymaganej iloœci CaO
• Wêglan magnezu, w celu pozyskania 0,1 mola MgO
• Kaolin pra¿ony w celu pozyskania 0,075 mola Al2O3, równoczeœnie jednak dostarczy SiO2 w podwójnej iloœci (0,15 mola)
• Krzemionka w celu pozyskania czêœci wymaganego SiO2 (1,0 mola)
Jak ju¿ zosta³o wspomniane, iloœci molowe ka¿dego surowca obliczane s¹ poprzez dzielenie iloœci molowej wymaganego tlenku przez iloœci molowe, w jakich wystêpuje w rozwa¿anym surowcu.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
37
TLEN
KI S
K£AD
OW
E
SURO
WIE
C
RÓW
NO
-W
A¯N
IKI
CZ¥S
TECZ
-KO
WE
MAS
Y CZ
¥-ST
ECZK
O-
WE
JED
NO
STKI
W
AGO
WE
RECE
PTU-
RA %
PbO
Na 2O
CaO
MgO
Al2O
3B 2O
3Si
O2
0,35
0,10
00,
150
0,10
00,
075
0,3
1,15
0,1
0,2
BORA
KSN
a 2O·2
B 2O3·1
0H2O
0,1
0,1
KWAS
BO
ROW
YH 3BO
3
0,1
0,35
TLEN
EK O
£OW
IU(m
inia
o³o
wio
wa)
Pb 3O
4
0,11
66
0,15
WÊG
LAN
WAP
NIA
CaCO
3
0,15
0,1
WÊG
LAN
MAG
NEZ
UM
gCO
3
0,1
0,07
50,
15KA
OLI
N P
RA¯O
NY
Al2O
3·2Si
O2
0,07
5
1,0
KRZE
MIO
NKA
SiO
2
1,0
0,35
0,1
0,15
0,1
0,07
50,
31,
15
Podręcznik CGR
38
ILOŚĆ MOLI SUROWCA W SKŁADZIE FRYTY
Boraks 0,1
Kwas borowy 0,1
Tlenek ołowiu (Minia ołowiowa) 0,1166
Węglan wapnia 0,15
Węglan magnezu 0,1
Kaolin prażony 0,075
Krzemionka 1,0
SKŁAD MOLOWY MASY SZKLIWA PRZEZNACZONEJ DO MIELENIA
W MŁYNIE KULOWYM
Fryta do wyliczenia
Skaleń potasowy 0,05
Kaolin 0,125
Węglan wapnia 0,15
Tlenek cynku 0,1
Krzemionka 0,8
Sk³ad ostatecznie uzyskanego szkliwa, które zostanie poddane mieleniu w m³ynie kulowym, ma postaæ podan¹ w tabeli po prawej stronie. Oprócz fryty, która dostarczy omówionych ju¿ tlenków, źród³ami tlenków s¹ równie¿:
• Skaleñ potasowy (0,05 mola), który dostarczy wymagane 0,05 mola K2O, jak równie¿ 0,05 mola Al2O3 i 0,3 mola SiO2
• Kaolin (0,125 mola), który dostarczy pozosta³e 0,125 mola Al2O3, jak równie¿ 0,25 mola SiO2
• Wêglan wapnia (0,15 mola), który dostarczy pozosta³e 0,15 mola CaO
• Tlenek cynku (0,1 mola), który dostarczy ca³¹ wymagana iloœæ 0,1 mola ZnO
• Krzemionka (0,8 mola), która dostarczy brakuj¹ce 0,8 mola SiO2
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
39
SUROWIECRÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
JEDNOSTKI WAGOWE
RECEPTURA %
Boraks 0,1 × 381,4 = 38,14 16,5
Kwas borowy 0,1 × 123,7 = 12,37 5,4
Tlenek ołowiu (minia ołowiowa) 0,1166 × 685,6 = 79,94 34,7
Węglan wapnia 0,15 × 100,1 = 15,01 6,5
Węglan magnezu 0,1 × 84,3 = 8,43 3,6
Kaolin prażony 0,075 × 222,1 = 16,66 7,2
Krzemionka 1,0 × 60,1 = 60,10 26,1
230,65 100,0
W poni¿szej tabeli wyliczono sk³ad fryty wed³ug przedstawionej metody:
Aby uwzglêdniæ zawartoœæ fryty w sk³adzie masy szkliwa, trzeba znaæ jej masê cz¹steczkow¹. W tym celu, nale¿y obliczyæ jej wzór cz¹steczkowy.
Aby otrzymaæ wzór cz¹steczkowy, wartoœci ³¹czne w kolumnie RO powinny osi¹gn¹æ jednoœæ, co oznacza, ¿e iloœci molowe poszczególnych tlenków dzielone s¹ przez ³¹czn¹ wartoœæ tlenków zasadowych (0,7).
0,500 PbO
0,143 Na2O 0,107 Al
2O
31,643 SiO
2
0,214 CaO 0,429 B2O
3
0,143 MgO
1,000
Podręcznik CGR
40
• Wzór cz¹steczkowy nale¿y sprawdziæ pod k¹tem poprawnoœci wedle zasad omówionych powy¿ej.
• Poprzez pomno¿enie liczby tlenków zgodnie ze wzorem przez ich masê cz¹steczkow¹ i zsumowanie uzyskanych wyników, mo¿na otrzymaæ poszukiwan¹ masê cz¹steczkow¹.
TLENKIRÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
JEDNOSTKI WAGOWE
PbO 0,5 × 223,2 = 111,60
Na2O 0,143 × 62,0 = 8,87
CaO 0,214 × 56,1 = 12,00
MgO 0,143 × 40,3 = 5,76
Al2O
30,107 × 101,97 = 10,91
B2O
30,429 × 69,6 = 29,86
SiO2
1,643 × 60,1 = 98,74
MASA CZĄSTECZKOWA FRYTY = 277,74
Uzupe³niaj¹c sk³ad masy do produkcji szkliwa, nale¿y zast¹piæ niewiadom¹ w tabeli sk³adu (patrz powy¿ej) wartoœci¹ 0,7 mola fryty, jako ¿e jej iloœæ zosta³a przewidziana na 0,7 mola w kolumnie RO tabeli sk³adu.
Ostatecznie, nale¿y podaæ sk³ad masy do produkcji szkliwa poprzez podzielenie iloœci molowej surowców przez ich masy cz¹steczkowe, a nastêpnie – wyliczenie sk³adu procentowego.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
41
1.6 Obliczanie wzoru Segera na podstawie receptury (przy wykorzystaniu teoretycznych wzorów surowców)
Zadana jest nastêpuj¹ca receptura szkliwa:
Receptura szkliwa obejmuje surowce wyra¿one w jednostkach wagowych. W celu ustalenia wzoru cz¹steczkowego szkliwa, nale¿y post¹piæ zgodnie z nastêpuj¹cymi zaleceniami:
Nale¿y sporz¹dziæ tabelê 4-kolumnow¹: Surowiec – Jednostki wagowe – Masy cz¹steczkowe – Równowa¿niki cz¹steczkowe.
Wêglan wapnia (CaCO3) 10
Litargit (tlenek o³owiu - PbO) 50
Krzemionka (SiO2) 40
100
SUROWIECRÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
JEDNOSTKI WAGOWE
RECEPTURA %
Fryta 0,7 × 277,74 = 194,418 59,7
Skaleń potasowy 0,05 × 556,66 = 27,833 8,5
Kaolin 0,125 × 258,1 = 32,262 9,9
Węglan wapnia 0,15 × 100,1 = 15,015 4,6
Tlenek cynku 0,1 × 81,4 = 8,140 2,5
Krzemionka 0,8 × 60,1 = 48,080 14,8
Krzemionka 1,0 × 60,1 = 60,10 26,1
325,748 100,0
Podręcznik CGR
42
Nastêpnie, nale¿y podzieliæ masê ka¿dego surowca przez jego masê cz¹steczkow¹ i umieœciæ uzyskan¹ liczbê w kolumnie “równowa¿niki cz¹steczkowe”. Liczby widniej¹ce w tej kolumnie wyra¿aj¹ iloœci molowe odpowiadaj¹ce masom surowców okreœlonych w recepturze szkliwa.
SUROWIECJEDNOSTKI WAGOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
RÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
Węglan wapnia 10 ÷ 100 = 0,1
Litargit (PbO) 50 ÷ 223 = 0,224
Krzemionka (SiO2) 40 ÷ 60 = 0,666
100
SUROWIECRÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
PbO CaO SiO2
Węglan wapnia 0,1 0,1
Litargit (PbO) 0,224 0,224
Krzemionka (SiO2) 0,666 0,666
0,224 0,100 0,666
Nastêpnie, nale¿y sporz¹dziæ nastêpuj¹c¹ tabelê o odpowiedniej liczbie kolumn w celu umieszczenia iloœci molowych tlenków uzyskanych z po-szczególnych surowców. W ostatnim wierszu, wyliczana jest ³¹czna war-toœæ w poszczególnych kolumnach, jakkolwiek w niniejszym przyk³adzie wyniki s¹ oczywiste, poniewa¿ wykorzystane tworzywa maj¹ prosty sk³ad i ka¿dy dostarcza jednego tlenku.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
43
Na podstawie iloœci molowych tlenków podanych w Tabeli, nale¿y przyst¹-piæ do obliczenia wzoru SEGERA szkliwa.
Nale¿y umieœciæ tlenki w odpowiednich grupach i zsumowaæ tlenki nale-¿¹ce do grupy RO (topniki):
Poniewa¿ topniki (RO&R2O) musz¹ byæ równe jednoœci, nale¿y podzieliæ iloœci molowe wszystkich tlenków przez ich sumê (0,324):
PbO 0,224 ÷ 0,324 = 0,691CaO 0,1 ÷ 0,324 = 0,309SiO2 0,666 ÷ 0,324 = 2,05
Otrzymamy wzór SEGERA:
0,224 PbO0,666 SiO
20,1 CaO
0,324
0,691 PbO2,05 SiO
20,309 CaO
Podręcznik CGR
44
PRZYKŁAD
Wyliczanie wzoru SEGERA na podstawie składu
(z wyjątkiem skalenia potasowego, użyte zostaną wzory
teoretyczne materiałów)
Zadany jest nastêpuj¹cy sk³ad masy do produkcji szkliwa:
Dany jest wzór cz¹steczkowy skalenia potasowego, podobnie jak jego masa cz¹steczkowa:
W celu dokonania analizy sk³adu, nale¿y sporz¹dziæ tabelê podob-n¹ do tej, któr¹ opracowano na potrzeby poprzedniego przyk³adu:
Skaleñ potasowy 45
Kolemanit 10
Talk 10
Dolomit 10
Wêglan wapnia 5
Tlenek cynku 5
Kaolin 5
Krzemionka 30
0,74 K2O
1,026 Al2O
3 6,34 SiO
2Masa cz¹steczkowa: 571
0,26 Na2O
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
45
Nastêpnie, nale¿y sporz¹dziæ kolejn¹ tabelê, wedle instrukcji podanych w poprzednim przyk³adzie, o odpowiedniej liczbie kolumn, aby podaæ ilo-œci molowe tlenków uzyskanych z poszczególnych tworzyw. W ostatnim wierszu, jak ju¿ wczeœniej zaznaczono, powinny siê znaleźæ ³¹czne warto-œci iloœci tlenków podanych w poszczególnych kolumnach.
SUROWIECJEDNOSTKI WAGOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
RÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
Skaleń potasowy 45 ÷ 571 = 0,078
Kolemanit 10 ÷ 206 = 0,048
Talk 10 ÷ 378 = 0,026
Dolomit 10 ÷ 184 = 0,054
Węglan wapnia 5 ÷ 100 = 0,05
Tlenek cynku 5 ÷ 81 = 0,061
Kaolin 5 ÷ 258 = 0,019
Krzemionka 30 ÷ 60 = 0,5
Podręcznik CGR
46
SURO
WIE
CRÓ
WN
OW
A¯N
IKI
CZ¥S
TECZ
KOW
EK 2O
Na 2O
CaO
MgO
ZnO
Al2O
3B 2O
3Si
O2
PO S
KALE
Ñ P
OTAS
OW
Y0,
74 K
2O1,
026
Al2O
3
6,34
SiO
2
0,26
Na 2O
0,07
80,
057
0,02
0,07
90,
494
KOLE
MAN
ITCa
O·1
½ B
2O3·5
H 2O0,
048
0,04
80,
072
TALK
3MgO
·4Si
O2·H
2O0,
026
0,07
80,
104
DOLO
MIT
CaCO
3·MgC
O3
0,05
40,
054
0,05
4
WÊG
LAN
WAP
NIA
CaCO
3
0,05
0,05
TLEN
EK C
YNKU
ZnO
0,06
10,
061
KAO
LIN
Al2O
3·2Si
O2 ·2
H 2O0,
019
0,01
90,
038
KRZE
MIO
NKA
SiO
2
0,5
0,5
0,05
70,
020,
152
0,13
20,
061
0,09
80,
072
1,13
6
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
47
Tlenki nale¿y umieœciæ we w³aœciwych grupach, a nastêpnie zsumowaæ zawartoœci molowe topników:
W ostatnim kroku, iloœci molowe tlenków nale¿y podzieliæ przez sumê iloœci molowych topników, przy czym ³¹czna wartoœæ topników wynosi 1, a otrzymany wzór SEGERA jest równy:
0,057 K2O
0,020 Na2O 0,098 Al
2O
3 1,136 SiO
2
0,152 CaO 0,072 B2O
3
0,132 MgO
0,061 ZnO
0,422
0,135 K2O
0,047 Na2O 0,23 Al
2O
3 2,69 SiO
2
0,360 CaO 0,17 B2O
3
0,312 MgO
0,144 ZnO
1,000
Podręcznik CGR
48
1.7 Poszczególne kroki obliczania wzoru Segera na podstawie receptury
1. Nale¿y podzieliæ masê ka¿dego surowca przez jego masê cz¹steczkow¹.
2. Nale¿y sporz¹dziæ tabelê zawieraj¹c¹ odpowiedni¹ liczbê wierszy i kolumn w celu zamieszczenia: nazw tworzyw, iloœci molowych tworzyw i iloœci molowych tlenków zawartych w ka¿dym z tworzyw (jak w przyk³adzie powy¿ej).
3. Nastêpnie, nale¿y podzieliæ iloœci molowe ka¿dego tlenku fi guruj¹cego we wzorze cz¹steczkowym poszczególnych tworzyw poprzez umieszczenie we w³aœciwych kolumnach.
4. Nale¿y zsumowaæ iloœci molowe tlenków w poszczególnych kolumnach.
5. Nale¿y umieœciæ iloœci molowe tlenków w odpowiednich grupach, a nastêpnie zsumowaæ topniki.
6. W ostatniej kolejnoœci, nale¿y uzyskaæ wzór cz¹steczkowy poprzez podzia³ iloœci molowej tlenków przez ³¹czn¹ wartoœæ topników, tak by wartoœæ w kolumnie RO wynosi³a 1, a tlenki z dwu pozosta³ych grup (R2O3 – RO2) by³y wyra¿one jako proporcje w stosunku do wartoœci z tej kolumny.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
49
PRZYKŁAD
Złożony - wyliczanie wzoru na podstawie składu
(podano skład procentowy wszystkich materiałów)
Nale¿y przeanalizowaæ wysokotemperaturowe (12601280°C) szkliwo przezroczyste o nastêpuj¹cym sk³adzie procentowym:
Dotychczas w celach edukacyjnych w obliczeniach stosowano teoretyczne wzory tworzyw. Tytu³em ilustracji:
Jednak¿e wiêkszoœæ tworzyw ceramicznych pochodzi ze z³ó¿ kopalnych i nie odznacza siê idealn¹ czystoœci¹, gdy¿ zawiera niewielkie domieszki ró¿nych minera³ów lub/i tlenków. W efekcie ich rzeczywiste wzory cz¹steczkowe wykazuj¹ znaczn¹ zmiennoœæ i odbiegaj¹ w wiêkszym lub mniejszym stopniu od wzoru teoretycznego.
skaleñ potasowy 48,6
dolomit 9,3
wêglan wapnia 7,7
kaolin 11,3
krzemionka 23,1
kaolin Al2O
3·2SiO
2·2H
2O Mcz 258,1
wêglan wapnia CaCO3
Mcz 100,1
skaleñ potasowy K2O·Al
2O
3·6H
2O Mcz 556,5
dolomit CaCO3·MgCO
3Mcz 184,4
krzemionka SiO2
Mcz 60,1
Podręcznik CGR
50
SUROWIECSTRATA
PRAŻENIA (SP)
K2O Na
2O CaO MgO Al
2O3 SiO
2RAZEM
SKALEŃ POTASOWY 0,65 11,10 2,50 0,20 0,10 19,45 66,00 100
DOLOMIT 47,01 0,07 0,13 31,20 21,20 0,15 0,24 100
WĘGLAN WAPNIA 44,35 — — 55,09 0,25 0,12 0,19 100
KAOLIN 12,99 0,86 0,74 0,78 0,11 38,06 46,46 100
KRZEMIONKA (SiO2) 0,97 0,05 0,05 1,01 — 0,36 97,56 100
Warto zaznaczyæ, ¿e sk³adniki materia³ów, które przechodz¹ w stan lotny podczas wypalania, wliczane s¹ do straty pra¿enia i nie s¹ uwzglêdniane w obliczeniach.
Jak mo¿na stwierdziæ na podstawie analizy tabeli powy¿ej, tworzywa takie jak dolomit i wêglan wapnia wykazuj¹ wysok¹ wartoœæ SP ze wzglêdu na wysok¹ zawartoœæ wêglanów. Tak¿e kaolin odznacza siê wysokimi stratami pra¿enia. Zawiera bowiem znaczne iloœci H2O, która odparowuje podczas wypalania.
KROK 1
Nale¿y pomno¿yæ masê ka¿dego tlenku z receptury przez masê surowca przewidzian¹ w produkcji szkliwa i podzieliæ uzyskany wynik przez 100. W tym celu nale¿y zastosowaæ powszechnie znane równanie.
W tabeli podano sk³ady procentowe materia³ów u¿ytych w powy¿szej recepturze.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
51
X = (11,10 x 48,6) : 100 itp. 100 11,10
48,6 X
Postêpuj¹c podobnie z wartoœciami podanymi dla ka¿dego surowca do produkcji szkliwa, otrzymuje siê nastêpuj¹ce wyniki:
SKALEŃ POTASOWY
K2O 11,10 x 48,6 : 100 = 5,395
Na2O 2,50 x 48,6 : 100 = 1,215
CaO 0,20 x 48,6 : 100 = 0,097
MgO 0,10 x 48,6 : 100 = 0,049
Al2O
319,45 x 48,6 : 100 = 9,453
SiO2
66,00 x 48,6 : 100 = 32,076
WĘGLAN WAPNIA
CaO 55,09 x 7,7 : 100 = 4,242
MgO 0,25 x 7,7 : 100 = 0,019
Al2O
30,12 x 7,7 : 100 = 0,009
SiO2
0,19 x 7,7 : 100 = 0,015
PRZYK£AD: Aby ustaliæ, ile K2O zawartego w skaleniu potasowym zostanie dodana do masy w 48,6 gramach tego surowca, trzeba rozwi¹zaæ poni¿sz¹ proporcjê: W 100 gramach skalenia znajduje siê 11,10 gramów K2O. Jaka iloœæ K2O znajdzie siê w 48,6 grama skalenia?
Podręcznik CGR
52
DOLOMIT
K2O 0,07 x 9,3 : 100 = 0,007
Na2O 0,13 x 9,3 : 100 = 0,012
CaO 31,2 x 9,3 : 100 = 2,902
MgO 21,2 x 9,3 : 100 = 1,972
Al2O
30,15 x 9,3 : 100 = 0,014
SiO2
0,24 x 9,3 : 100 = 0,022
KAOLIN
K2O 0,86 x 11,3 : 100 = 0,097
Na2O 0,74 x 11,3 : 100 = 0,084
CaO 0,78 x 11,3 : 100 = 0,088
MgO 0,11 x 11,3 : 100 = 0,012
Al2O
338,06 x 11,3 : 100 = 4,301
SiO2
46,46 x 11,3 : 100 = 5,25
W odpowiednich kolumnach nale¿y wpisaæ iloœci tlenków, a nastêpnie – zsumowaæ iloœci wagowe poszczególnych tlenków.
KRZEMIONKA
K2O 0,05 x 23,1 : 100 = 0,012
Na2O 0,05 x 23,1 : 100 = 0,012
CaO 1,01 x 23,1 : 100 = 0,233
Al2O
30,36 x 23,1 : 100 = 0,083
SiO2
97,56 x 23,1 : 100 = 22,536
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
53
SUROWIEC K2O Na
2O CaO MgO Al
2O
3SiO
2
SKALEŃ POTASOWY 5,395 1,215 0,097 0,049 9,453 32,067
DOLOMIT 0,007 0,012 2,902 1,972 0,014 0,022
WĘGLAN WAPNIA — — 4,242 0,019 0,009 0,015
KAOLIN 0,097 0,084 0,088 0,012 4,301 5,250
KRZEMIONKA (SiO2) 0,012 0,012 0,233 — 0,083 22,536
5,511 1,323 7,562 2,052 13,860 59,899
KROK 2
Nastêpnie, nale¿y podzieliæ sumy wartoœci w poszczególnych kolumnach (masy) przez masy cz¹steczkowe tlenków. Tym sposobem, ustalone zosta-nie jakie iloœci molowe odpowiadaj¹ obliczonej masie tlenków.
SUROWIECJEDNOSTKI WAGOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
RÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
K2O 5,511 : 94,2 = 0,059
Na2O 1,323 : 61,98 = 0,021
CaO 7,562 : 56,08 = 0,135
MgO 2,052 : 40,31 = 0,051
Al2O
313,860 : 101,96 = 0,136
SiO2
59,899 : 60,09 = 0,997
Podręcznik CGR
54
Tlenki nale¿y uporz¹dkowaæ wed³ug grup RO&R2O - R2O3 - RO2, a topniki (RO&R2O) zsumowaæ:
W ostatnim kroku, nale¿y podzieliæ iloœci molowe tlenków przez uzy-skane sumy topników (0,266), przy czym ³¹czna wartoœæ wagowa top-ników powinna osi¹gn¹æ 1, a wzór SEGERA powinien przedstawiaæ siê nastêpuj¹co:
0,059 K2O
0,021 Na2O 0,136 Al
2O
3 0,997 SiO
2
0,135 MgO
0,051 ZnO
0,266
0,221 K2O
0,079 Na2O 0,511 Al
2O
3 3,748 SiO
2
0,508 MgO
0,192 ZnO
1,000
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
55
PRZYKŁAD
PEGMATYT
0,66 K2O+Na
2O 1,25 Al
2O
3 10 SiO
2
0,33 CaO Mcz 798,40
FRYTA ALKALICZNA
0,6 K2O+Na
2O 0,05 Al
2O
3 2,79 SiO
2
0,4 CaO Mcz 238,88
Złożony - wyliczanie wzoru Segera na podstawie składu
(podano wzory cząsteczkowe surowców)
Dany jest nastêpuj¹cy sk³ad wagowy szkliwa:
Znane s¹ równie¿ wzory cz¹steczkowe materia³ów:
Nale¿y podzieliæ masê ka¿dego surowca przez jego masê cz¹steczkow¹ i umieœciæ uzyskan¹ liczbê w kolumnie “równowa¿niki cz¹steczkowe”.
Wêglan o³owiu 60
Pegmatyt 30
Fryta alkaliczna 15
Podręcznik CGR
56
SUROWIECJEDNOSTKI WAGOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
RÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
WĘGLAN OŁOWIU2PbCO
3·Pb(OH)
2
60 : 775,61 = 0,077
PEGMATYT0,66 K
2O+Na
2O
1,25 Al2O
3
10 SiO2
0,33 CaO
30 : 798,4 = 0,038
FRYTA ALKALICZNA0,6 K
2O+Na
2O
0,05 Al2O
3
2,79 SiO2
0,4 CaO+MgO
15 : 238,88 = 0,063
105
SUROWIEC MOLE PbO K2O+Na
2O CaO+MgO Al
2O
3SiO
2
WĘGLAN OŁOWIU2PbCO
3·Pb(OH)
2
0,077
0,231
0,077X3
PEGMATYT0,66 K
2O+Na
2O
1,25 Al2O
3
10 SiO2
0,33 CaO
0,038
0,025
0,038X
0,66
0,13
0,038 X
0,33
0,048
0,038X
1,25
0,38
0,038X
10
FRYTA ALKALICZNA0,6 K
2O+Na
2O
0,05 Al2O
3
2,79 SiO2
0,4 CaO+MgO
0,063
0,38
0,063X
0,6
0,025
0,063 X
0,4
0,003
0,063X
0,05
0,176
0,063X
2,79
Suma 0,231 0,063 0,038 0,051 0,556
Nastêpnie, nale¿y sporz¹dziæ nastêpuj¹c¹ tabelê:
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
57
Nale¿y umieœciæ iloœci moli tlenków w odpowiednich grupach i zsumowaæ iloœci topników:
Postêpuj¹c w omówiony sposób, nale¿y podzieliæ masê ka¿dego tlenku przez ³¹czn¹ wartoœæ wagow¹ topników (0,332), aby uzyskaæ prawid³o-wy wzór SEGERA:
0,231 PbO
0,063 K2O+Na
2O 0,051 Al
2O
3 0,556 SiO
2
0,038 CaO+MgO
0,332
0,696 PbO
0,190 K2O+Na
2O 0,154 Al
2O
3 1,67 SiO
2
0,114 CaO+MgO
1.8 Obliczanie wzoru Segera na podstawie receptury
Dana jest nastêpuj¹ca receptura szkliwa:
SiO2 46,5
Al2O3 14,6
TiO2 3,1
Fe2O3 11,8
CaO 9,5
MgO 5,0
K2O 1,6
Na2O 2,5
94,6
Podręcznik CGR
58
Nale¿y sporz¹dziæ nastêpuj¹c¹ tabelê i, w standardowy sposób, podzieliæ masê tlenków przez ich masy cz¹steczkowe, aby uzyskaæ ich równowa¿-niki cz¹steczkowe.
TLENKIJEDNOSTKI WAGOWE
MASY CZĄSTECZKOWE
RÓWNOWAŻNIKI CZĄSTECZKOWE
SiO2
46,5 : 60 = 0,775
Al2O
314,6 : 102 = 0,143
TiO2
3,1 : 80 = 0,039
Fe2O
311,8 : 160 = 0,074
CaO 9,5 : 56 = 0,170
MgO 5,0 : 40 = 0,125
K2O 1,6 : 94 = 0,017
Na2O 2,5 : 62 = 0,040
Nale¿y umieœciæ iloœci moli tlenków we w³aœciwych grupach:
Nale¿y podzieliæ masê ka¿dego tlenku przez ³¹czn¹ wartoœæ wagow¹ topników (0,352), aby uzyskaæ wzór SEGERA:
0,017 K2O
0,040 Na2O 0,143 Al
2O
30,556 SiO
2
0,170 CaO 0,074 Fe2O
30,039 TiO
2
0,125 MgO
0,352
0,048 K2O
0,114 Na2O 0,406 Al
2O
32,202 SiO
2
0,483 CaO 0,210 Fe2O
30,111 TiO
2
0,355 MgO
1,000
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
59
1.9 Obliczanie wartości przelicznika i straty prażenia surowca na szkliwo
Przelicznik podaje iloœæ tlenków wyra¿on¹ w molach zawartych w zestawie do topienia.
Strata pra¿enia (SP) oznacza iloœæ surowca, wyra¿on¹ w molach, tracon¹ podczas wypalania.
PRZYK£AD:
Obliczyæ wartoœæ przelicznika dla boraksu Na2O·2B2O3·10H2O
Masa cz¹steczkowa boraksu wynosi 381,42 a sk³adowe tlenki, które pod-legaj¹ stopieniu zawarte s¹ w Na2O·2B2O3, zwanym boraksem kalcynowa-nym lub bezwodnym boraksem o masie cz¹steczkowej 201,20.
OBLICZENIA:
Na podstawie wspomnianych danych mo¿na z ³atwoœci¹ obliczyæ iloœæ molow¹ bezwodnego boraksu, znajduj¹cego siê w 1 molu boraksu.
X = 201,20 x 1 : 381,42 = 0,527 mola381,42 1 mol
201,20 X
Odejmuj¹c 0,527 od 1, mo¿na uzyskaæ 0,473, co oznacza, ¿e strata pra¿e-nia boraksu wynosi 0,473 mola lub 47,3%.
Dwa dalsze proste obliczenia prowadz¹ do uzyskania iloœci molowych Na2O i B2O3, stanowi¹cych przeliczniki dla danych tlenków.
Podręcznik CGR
60
Boraks bezwodny, jak ju¿ zosta³o wspomniane, ma masê cz¹steczkow¹ równ¹ 201,20 i sk³ada siê z:
Na2O (o masie cz¹steczkowej = 62) i 2B2O3
Mcz tlenku B2O3 wynosi 69,6, wiêc jego zawartoœæ w boraksie wynosi: 2(B2O3) = 69,6 x 2
Czyli: 62 + (2 x 69,6) = 201,20.
Po dokonaniu wyliczeñ, otrzymujemy nastêpuj¹ce wyniki:
X = 62 : 381,42 = 0,162 mola Na2O, stanowi¹cy przelicznik tlenku
X = (69,6 x 2) : 381,42 = 0,365 mola B2O3, stanowi¹cy jego przelicznik
a)
b)
381,42 1 mol
62 X
381,42 1 mol
(69,6 x 2) X
Podsumowuj¹c: 1 mol boraksu wykorzystany do produkcji szkliwa, dostarcza do stopienia 0,162 mola Na2O i 0,365 mola B2O3, razem 0,527 mola. Jednoczeœnie, wykazuje stratê pra¿enia wysokoœci 0,473 mola lub 47,3%.
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
61
1.10 Obliczanie receptury szkliwa na podstawie wzoru Segera z uwzględnieniem fryty i surowców, które zostaną zmielone w młynie kulowym
Zadany jest wzór Segera okreœlaj¹cy szkliwo fajansowe wypalane w temperaturze 10601100oC.
Na potrzeby niniejszego obliczenia, wykorzystane zostan¹ wzory teo-retyczne surowców, czyli skalenia potasowego, wêglanu wapnia, minii o³owiowej, tlenku cynku, kaolinu, krzemionki i tlenku cyny.
Obliczenia zostan¹ przeprowadzone w dwóch krokach:
a) obliczenie sk³adu zestawu wyjœciowego na frytê,
b) obliczenie zawartoœci kaolinu i tlenku cyny, które zostan¹ dodane do fryty na etapie mielenia w m³ynie kulowym.
W kolejnej tabeli uwzglêdniono wszystkie surowce.
0,2 K2O
0,1 Na2O 0,25 Al
2O
33,5 SiO
2
0,2 CaO 0,2 B2O
30,1 SnO
2
0,3 PbO
0,2 ZnO
Podręcznik CGR
62
TLEN
KI S
KŁA
DO
WE
SUR
OW
IEC
RÓ
WN
OW
AŻ-
NIK
I CZĄ
-ST
ECZK
OW
E
MA
SY C
ZĄ-
STEC
ZKO
WE
JED
NO
STK
I W
AGO
WE
K2O
Na 2O
CaO
PbO
ZnO
Al 2O
3B
2O3
SiO
2Sn
O2
0,2
0,1
0,2
0,3
0,2
0,25
0,2
3,5
0,1
0,2
0,2
1,2
SKAL
EÑ P
OTAS
OW
YK 2O·
Al2O 3·6
SiO
2
0,2
556
111,
2
0,1
0,2
BORA
KSN
a 2O·2B
2O 3·10H
2O0,
138
138
,1
0,2
WÊG
LAN
WAP
NIA
CaCO
3
0,2
100
20
0,3
MIN
IA O
£OW
IOW
APb
3O 4
0,3
686
÷ 3
68,6
0,2
TLEN
EK C
YNKU
ZnO
0,2
81,4
16,3
0,05
0,1
KAO
LIN
Al2O 3·2
SiO 2
·2H
2O0,
0525
812
,9
2,2
KRZE
MIO
NKA
SiO 2
2,2
6013
2
0,1
TLEN
EK C
YNY
SnO 2
0,1
151
15,1
0,2
0,1
0,2
0,3
0,2
0,25
0,2
3,5
0,1
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
63
Do przygotowania fryty wykorzystane zostan¹ nastêpuj¹ce surowce, wymienione w poprzedniej tabeli:
Poniewa¿ niektóre materia³y z powy¿szej tabeli zawieraj¹ substancje lotne, konieczne jest obliczenie ca³kowitych strat pra¿enia w sk³adzie fryty.
Uwzglêdniaj¹c to, ¿e boraks, wêglan wapnia i minia o³owiowa wykazuj¹ SP w wysokoœci, odpowiednio, 47,2%, 44% i 23% nale¿y wyliczyæ:
• 38,1 jednostek wagowych boraksu zmniejszy siê o 18 jednostek wagowych podczas wypalania
• 20,0 jednostek wagowych wêglanu wapnia zmniejszy siê o 8,8 jednostek wagowych
• 68,6 jednostek wagowych minii o³owiowej zmniejszy siê o 1,6 jednostek wagowych
CA£KOWITA STRATA PRA¯ENIA: 28,4
Oznacza to, ¿e z wyjœciowych 386,2 jednostek wagowych pozostanie: 386,2 - 28,4 = 357,8 jednostek wagowych fryty po wytopieniu.
SUROWIEC RECEPTURA
Skaleń potasowy 111,2 jednostek wagowych lub 28,8%
Boraks 38,1 jednostek wagowych lub 9,9%
Węglan wapnia 20,0 jednostek wagowych lub 5,2%
Minia ołowiowa 68,6 jednostek wagowych lub 17,8%
Tlenek cynku 16,3 jednostek wagowych lub 4,2%
Krzemionka 132,0 jednostek wagowych lub 34,1%
386,2 jednostek wagowych lub 100%
Podręcznik CGR
64
Sk³ad masy do produkcji szkliwa, która ma zostaæ poddana mieleniu w m³ynie kulowym, przedstawia siê nastêpuj¹co:
Fryta 357,8 jednostek wagowych
Kaolin 12,9 jednostek wagowych
Tlenek cyny 15,1 jednostek wagowych
w ostatnim kroku nale¿y obliczyæ sk³ad procentowy receptury:
Fryta 100,0 jednostek wagowych lub 92,8%
Kaolin 3,6 jednostek wagowych lub 3,3%
Tlenek cyny 4,2 jednostek wagowych lub 3,9%
107,8 lub 100%
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
65
1.11 Masy cząsteczkowe tlenków podstawowych
WZORY CZĄSTECZKOWE MASY CZĄSTECZKOWE
Tlenki zasadowe – RO&R2O
Tlenek sodu Na2O 61,9789
Tlenek potasu K2O 94,1960
Tlenek litu Li2O 29,8814
Tlenek wapnia CaO 56,0774
Tlenek strontu SrO 103,6194
Tlenek magnezu MgO 40,3044
Tlenek baru BaO 153,3264
Tlenek ołowiu PbO 223,1994
Tlenek cynku ZnO 81,3894
Tlenki obojętne – R2O
3
Tlenek glinu Al2O
3101,9613
Tlenek żelaza III Fe2O
3159,6882
Tlenek boru B2O
369,6202
Tlenki kwasowe – RO2
Dwutlenek krzemu SiO2
60,0843
Pięciotlenek fosforu P2O
5141,9445
Dwutlenek tytanu TiO2
79,8658
Dwutlenek cyny SnO2
150,7088
Dwutlenek cyrkonu ZrO2
123,2228
Podręcznik CGR
66
1.12 Masy cząsteczkowe tlenków barwiących
WZORY CZĄSTECZKOWE MASY CZĄSTECZKOWE
Tlenki zasadowe – RO&R2O
Tlenek miedzi II CuO 79,5454
Tlenek kobaltu II CoO 74,9326
Tlenek manganu II MnO 70,9374
Tlenek manganu IV MnO2
86,9368
Tlenek niklu NiO 74,6928
Tlenek wanadu V2O
5181,8800
Tlenek chromu Cr2O
3151,9904
Tlenek antymonu Sb2O
3291,5182
Tlenek srebra Ag2O 231,7358
Tlenek żelaza II FeO 71,8444
Tlenek żelaza III Fe2O
3159,6882
Tlenek molibdenu MoO3
143,9382
Tlenek uranu U3O
8842,0819
Tlenek prazeodymu PrO2
172,9064
Tlenek bizmutu Bi2O
3465,9590
Zastosowanie wzoru SEGERA do obliczania składu szkliw
67
Rozdział 2Metody formowania wyrobów ceramicznych
2.1 Przegląd metod formowania
Formowanie przez prasowanie (wilgotnoœæ 1 – 10 %)
• prasowanie wilgotne lub na mokro
• zagêszczanie wibracyjne
• prasowanie na sucho (prasowanie osiowe)
• prasowanie na ciep³o lub gor¹co (równie¿ prasowanie termoplastyczne)
• prasowanie izostatyczne (Cold Isostatic Pressing) na mokro
• prasowanie izostatyczne (CIP) na sucho
• formowanie detonacyjne
Formowanie plastyczne (wilgotnoœæ 15 – 25 %)
• formowanie rotacyjne (ci¹gnienie, walcowanie itp.)
• formowanie liniowe (wyt³aczanie)
• formowanie z wykorzystaniem z³omu szamotowego
Formowanie przez odlewanie (wilgotnoœæ 15 – 40 %)
• „odlewanie standardowe“ (przy ciœnieniu otoczenia i temperaturze pokojowej) – we wszystkich wariantach, takich jak odlewanie pró¿niowe, odlewanie w fazie sta³ej, odlewanie skojarzone, etc.
• odlewanie ciœnieniowe
• odlewanie na ciep³o (czêsto po³¹czone z odlewaniem ciœnieniowym)
• odlewanie pod ciœnieniem (formowanie termoplastyczne)
• wtryskiwanie wysokociœnieniowe
• odlewanie elektroforetyczne
Podręcznik CGR
68
2.2 Kryteria wyboru metody formowania
• struktura przestrzenna wyrobu lub pó³fabrykatu
• wymogi jakoœciowe wyrobu lub pó³fabrykatu
• w³aœciwoœci masy lub surowca
• technologia obróbki masy lub mo¿liwoœci zakupu masy
• technologie lub sprzêt potrzebny po formowaniu
• liczba sztuk i ró¿norodnoœæ wyrobów
• realna do uzyskania cena wyrobu lub pó³fabrykatu (koszty)
• kwalifi kacje pracowników
• „œrodowisko techniczne“ (tj. wyrób narzêdzi, mo¿liwoœæ dokupienia materia³ów pomocniczych itp.)
Metody formowania wyrobów ceramicznych
69
2.3 Metoda formowania w zależności od kształtu i liczby elementów
Liczba sztuk
prasowanie osiowe
prasowanie izostatyczne na mokro
wyt aczanie odlewanie pod ci nieniem
odlewanie
odlewanie z mas lejnych
Rysunek 1. Wybór metod formowania w zale¿ności od kszta³tu i liczby elementów
Podręcznik CGR
70
2.4 Ocena metod formowania
WYMAGANIA
METODY FORMOWANIA
Z³o¿
onoœ
æ ks
zta³
tu
Gêst
oϾ
form
owan
ia
Pow
ierz
chni
a
Teks
tura
(ja
k na
jmni
ejsz
a)
Licz
ba
elem
entó
w
Wyd
atki
na
sprz
êt/n
arzê
dzia
(m
o¿liw
ie
najn
i¿sz
a)
Kosz
ty m
onta
¿u
(mo¿
liwie
na
jni¿s
ze)
Prasowanie osiowe 7 3 2 4 2 7 3
Prasowanie izostatyczne (na mokro) 4 1 5 1 7 1 5
Prasowanie izostatyczne (na sucho) 6 2 6 2 3 3 6
Wyt³aczanie (prasa śrubowa/ prasa hydrauliczna) 8 7 7 8 1 6 2
Odlewanie pod ciśnieniem(formowanie termoplastyczne) 1 8 1 7 6 8 4
Odlewanie z mas lejnych (standardowe odlewanie) 2 5 8 6 8 2 1
Odlewanie ciśnieniowe 3 4 4 3 5 5 7
Odlewanie roztworu 5 6 3 5 4 4 8
Tabela 1. Ocena metod formowania z uwagi na wymagane w³aściwości (wed³ug Kriegesmann’a)(1 = metoda spe³nia wymagania w najwy¿szym stopniu;8 = metoda spe³nia wymagania w najni¿szym stopniu)
Metody formowania wyrobów ceramicznych
71
2.5 Prasowanie osiowe
• Metoda formowania, w której wykorzystywane s¹ materia³y o du¿ej sypkoœci (najkorzystniej – granulaty) o wilgotnoœci nie przekraczaj¹cej 10%.
• Metoda formowania wykorzystuj¹ca ciœnienie zewnêtrzne, które mo¿e mieæ charakter jedno-, wieloosiowy, jak równie¿ równomiernie przy³o¿ony na ca³ej powierzchni.
Prasowanie osiowe ma nastêpuj¹ce zalety:
• mo¿na osi¹gn¹æ znaczn¹ gêstoœæ wyprasek
• wysoki stopnieñ jednorodnoœci przestrzennej, wytrzyma³oœæ wyrobu niewypalonego i odpowiednie do wyrobów z ostrymi krawêdziami
• mo¿na formowaæ materia³y nieplastyczne
• niewielka wilgotnoœæ formowania, a zatem i krótszy czas suszenia
• nie zachodzi kurczenie, a zatem – nie powstaj¹ pêkniêcia ani zniekszta³cenia powsta³e wskutek suszenia
• wysoka wydajnoœæ w zwi¹zku z mo¿liwoœci¹ pe³nej automatyzacji procesu
Wybrane dziedziny zastosowania:
• przemys³ produkcji p³ytek ceramicznych
• przemys³ produkcji porcelany (wyroby p³askie)
• przemys³ materia³ów ogniotrwa³ych
• produkcja proszków œciernych
• produkcja rur kominowych
• ceramika techniczna (tworzywa funkcjonalne)
Podręcznik CGR
72
2.6 Gęstość wyprasek jako funkcja ciśnienia prasowania
I II III
Rysunek 2. Zale¿nośæ gêstości wyprasek od ciśnienia w procesie prasowania na sucho. Kolejne etapy zagêszczania I do III
I) przesuwanie siê i zmiana konfi guracji granulatuII) plastyczne zniekszta³cenie granulatuIII) zniszczenie struktury granulatu
Metody formowania wyrobów ceramicznych
73
2.7 Cykle pracy prasy osiowej (prasa do formowania płytek ceramicznych)
Rysunek 3. Etapy technologiczne prasowania p³ytek ceramicznych
a) wype³nienie formy i zgarnianieb) wstêpne zagêszczanie stemplem górnym c) prasowanie wstêpne za pomoc¹ dolnego stemplad) prasowanie koñcowe za pomoc¹ dolnego stemplae) wyrzucanie wyrobu
a) b) c)
d) e)
Podręcznik CGR
74
2.8 Metoda prasowania izostatycznego (podstawowe zasady)
Forma elastyczna
Korek zbiornika ci nienio e o
Stempel metalowy (korek)
or k e owy
y y ra l y ( e y ra l a)
orma ela ty a
Formowanymater a
Formowanie
o enie o pompy
wy oko i nieniowe
Rysunek 4. Prasowanie izostatyczne na mokro
Rysunek 5. Prasowanie izostatyczne na sucho
Metody formowania wyrobów ceramicznych
75
2.9 Metoda odlewania
Rysunek 6. Grubośæ czerepu w zale¿ności od czasu procesu dla ró¿nych metod odlewania
Poszczególne procedury odlewania rozró¿nia siê wed³ug nastêpuj¹cych kryteriów:
poziom ciœnienia odlewania:
• odlewanie standardowe (ciœnienie otoczenia)
• odlewanie ciœnieniowe (ciœnienie wy¿sze ni¿ ciœnienie otoczenia)
sposób formowania czerepu
• odlewanie pe³ne (formowanie czerepu w przestrzeni pomiêdzy œcianami formy = gruboœæ czerepu uwarunkowana jest odleg³oœci¹ miêdzy œcianami)
• odlewanie jednostronne (formowanie czerepu na œcianie formy = gruboœæ czerepu uwarunkowana jest czasem procesu)
• odlewanie skojarzone (pe³ne i puste odlewanie w ramach tego samego wyrobu)
Do procesu formowania odlewu stosuje siê zasada ”pierwiastka czasu”, tzn., nabieranie czerepu przebie-ga proporcjonalnie do funk-cji pierwiastka czasu.
1
2
3
4
1 odlewanie standardowe w formach gipsowych2 odlewanie na gor co w formach gipsowych3 formowanie termoplastyczne4 wtrys iwanie wyso oci nieniowe
Podręcznik CGR
76
Wymagane w³aœciwoœci masy odlewniczej:
• wysoki ciê¿ar objêtoœciowy, du¿a zawartoœæ fazy sta³ej przy niskim udziale procentowym elektrolitów
• niska lepkoœæ (wype³nianie wszystkich detali formowanych elementów)
• stabilnoœæ zawiesiny, bez tendencji do osiadania i tiksotropii
• du¿a szybkoœæ formowania czerepu o g³adkiej powierzchni, szybkie dêbienie czerepu i ³atwe usuwanie odlewu bez defektów
• szeroki zakres up³ynniania
• d³ugotrwa³a i wysoka stabilnoœæ
• nieznaczny wp³yw na korozjê form gipsowych
Ró¿ne odmiany glin i kaolinów, dostêpne na rynku, posiadaj¹ ró¿n¹ podatnoœæ na up³ynnianie. O tym, ¿e jedne typy glin i kaolinów up³ynniaj¹ siê lepiej a inne gorzej decyduj¹ ich specyfi czne w³aœciwoœci.
Up³ynniacze do odlewania
Jako up³ynniacze (elektrolity) sprawdzaj¹ siê szczególnie sole sodowe, których aniony tworz¹ zwi¹zki chemiczne o niskiej rozpuszczalnoœci (np., soda).
Stosuje siê te¿ sodowe szk³o wodne (krzemian sodu) i polikwasy (np. kwas poliwêglowy).
Metody formowania wyrobów ceramicznych
77
Poni¿szy diagram przedstawia ogólny podzia³ up³ynniaczy:
Krzemiany soduFosforany sodu
any sodu
K asy ar ni o eKwasy humusowe
o o niony was o i ar o sy owy
Podręcznik CGR
78
Optymalna zawartoœæ up³ynniaczy
Optymalna zawartoœæ elektrolitów przy sta³ej iloœci wody uzale¿niona jest od stopniowo wzrastaj¹cego stê¿enia elektrolitów.
Nale¿y sporz¹dziæ krzyw¹ up³ynniania, która pokazuje zale¿noœæ czasu wyp³ywu masy od stê¿enia elektrolitów (patrz Rysunek 7). Czas wyp³ywu mierzy siê za pomoc¹ wiskozymetru wyp³ywowego.
(1) (2)t A
0
20
40
60
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 c
– Czas w s– w w
tc
A
Rysunek 7. Krzywe up³ynniania – czas wyp³ywu masy lejnej w zale¿ności od stê¿enia wêglanu sodu
(1) masa porcelanowa(2) masa kamionkowa
Metody formowania wyrobów ceramicznych
79
Krzyw¹ up³ynniania dzieli siê na 3 czêœci:
a. pole niedostatecznego up³ynnienia: czas wyp³ywu na krzywej ponad minimum (na lewo od minimum) poprzedzaj¹cy minimum krzywej
b. pole optymalnego up³ynniania: pole stê¿enia wokó³ wzglêdnego minimum (o wartoœciach ze znacznego przedzia³u)
c. pole nadmiernego up³ynnienia: segment krzywej, w którym dalsze dodawanie up³ynniacza nie zmniejsza lepkoœci masy lejnej.
Optymalna zawartoœæ up³ynniaczy (optymalna zawartoœæ elektrolitów) jest zasadniczo – choæ nie tylko – okreœlana na podstawie wartoœci minimum krzywej up³ynniania (rysunek 7). W jej szacowaniu nale¿y wzi¹æ pod uwagê równie¿ nastêpuj¹ce czynniki:
• mo¿liwie najni¿sz¹ tiksotropiê
• jak najwiêksz¹ szybkoœæ nabierania czerepu
• g³adkoœæ powierzchnia odlewu (dotyczy odlewania pustego)
• jak najwiêksz¹ gêstoœæ czerepu
• du¿¹ wytrzyma³oœæ odlewu przed wypalaniem, jak równie¿ du¿¹ wytrzyma³oœæ poprzeczn¹ odlewu wysuszonego
• minimaln¹ zawartoœæ elektrolitów (wiêksza trwa³oœæ form gipsowych)
• minimalizacjê korozji form gipsowych
W produkcji stosuje siê, na ogó³, masy lejne o wartoœci stê¿enia elektrolitów z pola niedostatecznego up³ynniania, na krótko zanim krzywa up³ynniania osi¹gnie swoje minimum.
Podręcznik CGR
80
2.10 Gips jako tworzywo na formę odlewniczą
• Gipsy odlewnicze to niemal zawsze mieszanki gipsów o ró¿nych w³aœciwoœciach, otrzymywanych odmiennymi sposobami
• Gips wytwarzany w piecu zawiera wiêcej gipsu pó³wodnego odmiany , cechuj¹cego siê wysok¹ zdolnoœci¹ absorpcyjn¹, ale nisk¹ wytrzyma³oœci¹ mechaniczn¹
• Gips wytwarzany w autoklawie zawiera wiêksza iloœæ odmiany gipsu pó³wodnego, charakteryzuj¹cego siê nisk¹ zdolnoœci¹ absorpcyjn¹, ale wysok¹ wytrzyma³oœci¹
Gips odlewniczy powinien wykazywaæ nastêpuj¹ce w³aœciwoœci:
• wysok¹ zdolnoœæ absorpcyjn¹
• korzystn¹ stabilnoœæ powierzchniow¹
• korzystn¹ wytrzyma³oœæ (w szczególnoœci przy formowaniu wiêkszych elementów)
• szybkie suszenie (uwalnianie wody) po formowaniu
Poniewa¿ niektóre wymagane w³aœciwoœci s¹ przeciwstawne, w produkcji form konieczne s¹ rozwi¹zania kompromisowe.
Metody formowania wyrobów ceramicznych
81
2.11 Różne parametry gipsu przeznaczonego na formę odlewniczą
2.12 Potencjał zeta
80 78 76 74 72 70
Współczynnik wodno-gipsowy 0,80 0,78 0,76 0,74 0,72 0,70
Rozszerzalność liniowa w % 0,18 0,19 0,19 0,20 0,20 0,20
Aktywna objętość kapilarna w % 50 49 48 47 46 45
Twardość określana metodą wgłębnika N/mm2 20 22 26 29 31 33
W cieczy (wodzie), uwodnione jony zwi¹zane z powierzchni¹ fazy sta-³ej, powoduj¹ sta³y spadek potencja³u wraz z odleg³oœci¹ od powierzchni. Ró¿nicê miêdzy potencja³em cieczy i potencja³em, stwierdzanym na gra-nicy faz sta³ej i ciek³ej, nazywamy potencja³em zeta. Potencja³ Zeta jest wartoœci¹ mierzaln¹.
Podręcznik CGR
82
12
s
w
s
sx x
Ca - Kaolinit + Na COsoda zdysocjowana
2 3 Na - Kaolinit + CaCO3
Rysunek 8. Krzywe potencja³u zeta ro¿nych jonów
Metody formowania wyrobów ceramicznych
83
2.13 Charakter jonowy minerałów ilastych
• Na ogó³, na powierzchniach kopalnych surowców mineralnych zawieraj¹cych kaoliny i gliny, znajduj¹ siê dwuwartoœciowe jony Ca2+ lub Mg2+. Jednak¿e, surowce ró¿ni¹ siê znacznie pomiêdzy sob¹ stopniem pokrycia powierzchni.
• Kationy powierzchniowe mog¹ byæ wymieniane - w tym celu stosuje siê „Szereg Hoffmeistera”:
strony i vice versa:
Wzrost r o rst o
ot z t
o
Wzrost
Wzrost
Wzrost
Li < Na < K < NH < Mg < Ca < < Ba < Al < H+ + + + +2+ 2+ 2+ 2+ 3+4
Podręcznik CGR
84
Podwójna warstwa rozproszona (warstwa podwójna NERNST’a) sk³ada siê z mocno zwi¹zanej warstwy o gruboœci ok. 1-2 nm i luźno zwi¹zanej warstwy ruchomej o gruboœci ok. 20 nm.
Rysunek 9. Schematyczny obraz podwójnej warstwy rozproszonej
Metody formowania wyrobów ceramicznych
85
2.14 Odlewanie ciśnieniowe
• Podstawow¹ wad¹ klasycznego odlewania w formach gipsowych jest powolne nabieranie czerepu
• Z tego powodu opracowano metodê odlewania ciœnieniowego, która zapewnia szybsze nabieranie czerepu
• Poniewa¿ formy gipsowe nie wytrzymuj¹ podwy¿szonego ciœnienia masy lejnej (do 40 barów), dlatego konieczne jest zastosowanie form z porowatego tworzywa sztucznego
• Wszystkie etapy nabierania czerepu przebiegaj¹ zgodnie z prawami fi ltracji. Gruboœæ czerepu x w zale¿noœci od czasu t wyra¿a siê nastêpuj¹cym wzorem:
Tote¿, w celu uzyskania szybkiego nabierania czerepu:
• nale¿y zwiêkszyæ ró¿nicê ciœnieñ dp (odlewanie ciœnieniowe)
• zmniejszyæ lepkoœæ masy lejnej (dobre up³ynnienie i wzrost temperatury)
• zmniejszyæ powierzchniê w³aœciw¹ masy (dodaæ do masy sk³adniki gruboziarniste)
• nale¿y zapewniæ wystarczaj¹c¹ objêtoœæ porów czerepu (np., poprzez dodanie do masy lejnej zmielonego suchego z³omu)
O P dp
y t
x = t1O ( 1 – P )
2 g dp P3
( y – 1 )... .
. .
Podręcznik CGR
86
2.15 Etapy odlewania ciśnieniowego
• Zamkniêcie formy, kontrolowane podnoszenie ciœnienia zamykania
• Nape³nianie pod niskim ciœnieniem (laminarne wlewanie masy lejnej), powietrze uchodzi przez formê porowat¹
• Kontrolowany wzrost ciœnienia do uzyskania wartoœci docelowej, utrzymanej do zakoñczenia formowania czerepu
• Otwarcie formy, której po³owa przytrzymuje czerep poprzez przy³o¿one podciœnienie
• usuniêcie czerepu nastêpuje za pomoc¹ sprê¿onego powietrza. Jednoczeœnie fi ltrat jest wyp³ukiwany
Technologia ta jest standardowa w produkcji wyrobów sto³owych, szcze-gólnie przy formowaniu przedmiotów odlewanych metod¹ rdzeniow¹ (np. owalne talerze).
• maks. ciœnienie masy lejnej 40 barów
• temperatura masy lejnej ok. 40°C
Metodê tê stosuje siê do otrzymywania umywalek i misek ustêpowych w wyrobach sanitarnych (Rysunek 10).
Rama stalowa
Forma porowata
Rysunek 10. Widok formy ciśnieniowy umywalki
Metody formowania wyrobów ceramicznych
87
2.16 Nieprawidłowości w odlewaniu
B³¹d Przyczyna Œrodki zaradcze
Nierównoœci powierzchniowe odlewu
Kieszonki powietrzne, nierównomierne usuwanie gipsu przy ściankach formy
Odlewanie szybkościowe
Pory w odlewie a. Uwiêzione powietrzeb. Nierówno wysuszone
formy odlewnicze
Odpowietrzanie masy lejnej (mieszad³o grabkowe, zbiornik kompensacyjny),ci¹g³a kontrola suszenia form
Zniekszta³cenia, spojenia, zawirowania
Nadmiernie up³ynniona masa lejna
Optymalne up³ynnienie, odlewanie rotacyjne
Powstanie siatki drobnych pêkniêæ na powierzchni
separacja cz¹stek podczas odlewania
Odlewanie rotacyjne
Plamy na odlewie Rozdzielenie siê sk³adników mieszaniny podczas odlewania
Nawil¿anie formy, zmiana strumienia masy lejnej
Spoiny (grad) Z³e dopasowane czêści formy odlewniczej
Poprawa dopasowania zamków formy
Podręcznik CGR
88
Roczna produkcja wyrobów ceramicznych w Europie siêga w przybli¿eniu 26 miliardów euro. Przemys³ ceramiczny w Unii Europejskiej zalicza siê do znacz¹cych konsumentów energii. Udzia³ kosztów zu¿ycia energii w cenie komercyjnych wyrobów ceramicznych wynosi powy¿ej 30%.
Dyrekcje zak³adów ceramicznych musz¹ udźwign¹æ potê¿ny ciê¿ar fi nan-sowy w zwi¹zku z rosn¹cymi kosztami paliwa oraz politycznymi naciska-mi, aby ograniczyæ emisjê CO2.
W niemal wszystkich pañstwach cz³onkowskich UE funkcjonuj¹ obecnie zak³ady ceramiczne o zró¿nicowanym stopniu optymalizacji technologii produkcyjnych. Natomiast, nak³ady energetyczne w obrêbie przemys³u ceramicznego utrzymuj¹ siê na sta³ym poziomie. Jest to spowodowane, na przyk³ad, dodatkowym zu¿yciem energii na podniesienie jakoœci wyro-bów lub zwiêkszeniem stopnia automatyzacji.
Rozdział 3Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
3.1 Uwagi ogólne
Niniejszy rozdzia³ zosta³ opracowany w uk³adzie odpowiadaj¹cym poszczególnym etapom technologicznym. Wiele zaleceñ dotyczy wiêcej ni¿ jednej bran¿y lub jest co najmniej podobnych dla ró¿nych bran¿. W zwi¹zku z tym, po ka¿dym zaleceniu zamieszczono symbol bran¿y, do której siê stosuje.
Czytaj¹c niniejsze opracowanie nale¿y braæ pod uwagê to, ¿e tylko niektóre zalecenia bêd¹ odpowiadaæ Pañstwa bran¿y oraz oczekiwaniom w zakresie mo¿liwych do osi¹gniêcia korzyœci w postaci obni¿enia kosztów energii.
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
89
3.2 Zalecenia o znaczeniu uniwersalnym
• Zak³ad pracuj¹cy (w ca³oœci lub czêœci) pe³n¹ moc¹ produkcyjn¹ bêdzie posiada³ ni¿szy wskaźnik jednostkowego zu¿ycia energii (JZE) w porównaniu z sytuacj¹ pracy poni¿ej mocy projektowej.
• Mimo, i¿ nie wziêto pod uwagê zu¿ycia energii elektrycznej w produkcji ceramicznej, produkcja skojarzona ciep³a i energii elektrycznej zawsze mo¿e stanowiæ dobr¹ decyzjê strategiczn¹ do oszczêdzania energii i obni¿enia kosztów.
Na potrzeby niniejszego podrêcznika, podbran¿e przemys³u ceramicznego opatrzono nastêpuj¹cymi symbolami:
• Ceg³y murarskie – CM
• Ceg³y klinkierowe – CK
• Dachówki – D
• Wyroby sto³owe – ST
• Wyroby sanitarne – SA
• P³ytki œcienne i pod³ogowe – P
Symbole zamieszczono przy zaleceniach, stosuj¹cych siê do poszczególnych bran¿.
Podręcznik CGR
90
3.3 Surowce i masa ceramiczna
• Dodatki poprawiaj¹ce izolacyjnoœæ wyrobów powinny stanowiæ dodatkowe źród³a energii. Temperatura spalania tych dodatków winna obj¹æ szeroki zakres. Odpadowy grafi t /47/, koks ponaftowy /17/ i i³ wêglisty /19/ mog¹ pomóc w osi¹gniêciu energii spiekania do 800°C (CM).
• Modyfi katory spiekania, jak popio³y, odpady szklane, szklane i mineralne we³ny lub nisko spiekane i³y mog¹ pomóc w obni¿eniu temperatury spiekania lub w produkcji (suszeniu i wypalaniu) l¿ejszych produktów o takich samych w³aœciwoœciach mechanicznych /47, 29, 35, 65/ (CM, CK, D).
• Formowanie wymaga plastycznoœci. Do otrzymania w³aœciwej plastycznoœci wymagana jest odpowiednia iloœæ wody. Oszczêdzanie wody przez u¿ycie lepszych, ³atwych do kszta³towania glin lub uszlachetniaczy jest sposobem na oszczêdzanie energii suszenia /47, 48, 21, 37/ (CM, CK, D, ST, SA).
• Specjalne dodatki do osi¹gniêcia efektów powierzchniowych mog¹ spowodowaæ, ¿e ceg³y bêd¹ mia³y wygl¹d cegie³ powlekanych. Oszczêdza to wiêksze iloœci gazu w stosunku do wytwarzania wyrobów powlekanych tradycyjn¹ metod¹ /21/ (CK).
• Rodzaj wyrobów sto³owych ma istotny wp³yw na wartoœæ zu¿ycia energii. Istnieje szeroki zakres tworzyw, od wyrobów kamionkowych, przez garncarskie, porcelanê z dodatkiem popio³u kostnego, wyroby ceramiczne nieporowate, a¿ po twarda porcelanê, charakteryzuj¹cych siê podobnymi wymaganiami i niewielkim zró¿nicowaniem w³aœciwoœci (najwiêksza ró¿nica: odpornoœæ na zmywanie w zmywarkach ma znaczenie w zastosowaniach hotelowych) /32/. Twarda porcelana cechuje siê najwy¿szym jednostkowym zu¿yciem energii JZE (ST).
• Nowe surowce, takie jak skalenie litowe /53/ lub kolemanit /28/, mieszanki skaleni sodowych i potasowych, a tak¿e tworzywa
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
91
niskowypalaj¹ce siê (miêkka porcelana) mog¹ pomóc w obni¿eniu temperatury spiekania o ok. 200°C i w zaoszczêdzeniu du¿ej iloœci energii (Rys. 11) /48/ (ST, SA, P).
• Wypalanie jednokrotne (bez biskwitowania) oszczêdza energiê, lecz wymaga specjalnych mas ceramicznych i szkliw (ST).
• Opracowanie optymalnych sk³adów mas opartych na glinach i kaolinach mo¿e obni¿yæ temperatury wypalania o ok. 50°C /55/ (SA, P).
Rysunek 11. Wp³yw dodatku skalenia litowego (spodumenu) jako topnika na temperaturê spiekania. [Thiery SiliCer 2003]
JZE [kcal/kg]
Rysunek 12. Jednostkowe zu¿ycie energii JZE w funkcji temperatury wypalania wyrobów sanitarnych [Friedherz Becker, Riedhammer GmbH 2007]
Podręcznik CGR
92
3.4 Formowanie
• Istnieje mo¿liwoœæ oszczêdzania energii poprzez wyt³aczanie nieplastycznej masy. Nie ka¿da masa ceramiczna jest do tego odpowiednia; czasem zaoszczêdzona energia suszenia jest poch³aniana w postaci energii elektrycznej zasilaj¹cej wyt³aczarkê lub na obróbkê wykañczaj¹c¹ /48, 1/ (CM, CK, D).
• Nale¿y staraæ siê utrzymywaæ temperaturê formowania do momentu za³adowania do suszarni /36, 5, 6, 26/ (CM, D, CK).
• Odpowiedni projekt wyrobu mo¿e zaoszczêdziæ ciê¿ar np. cegie³ chodnikowych, poprzez zaoszczêdzenie masy w czêœci umieszczonej w ziemi. Oszczêdnoœci przy projektowaniu s¹ mo¿liwe równie¿ dla cegie³ licówek. Proste konstrukcje a¿urowe pozwalaj¹ na zaoszczêdzenie energii podczas suszenia lub wypalania na skutek laminarnego przep³ywu powietrza przez wyrób (CK).
• Dobranie optymalnego uziarnienia, szczególnie skaleni i innych aktywatorów spiekania, obni¿a temperaturê spiekania poprzez wzrost reaktywnoœci proszków (Rys. 12) /62/. W tym przypadku nale¿y zoptymalizowaæ oszczêdnoœæ energii spiekania i zu¿ytej energii mielenia, którego wymaga np. skaleñ (SA).
• Suszenie rozpy³owe wymaga dobrania idealnych proporcji wody do proszku tworzywa w masie lejnej. Oszczêdzanie wody przez u¿ycie lepszych lub specjalnych dodatków obni¿aj¹cych zawartoœæ wody w masie lejnej jest sposobem na oszczêdzanie energii suszenia (P).
• Mielenie ci¹g³e oszczêdza do 2% wody w masie lejnej oraz podnosi jej temperaturê o oko³o 10°C; obni¿a tak¿e zu¿ycie energii elektrycznej /72/ (P).
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
93
• Precyzyjne zaprojektowanie wyrobów pozwala ograniczyæ masê wyrobów, a tym samym – energiê suszenia i wypalania (D).
• Suche formowanie pomaga zaoszczêdziæ energiê suszenia, jednak zu¿ywa siê wiêcej energii do formowania, co mo¿e wp³yn¹æ na jakoœæ produktu. Istnieje tutaj pewne optimum /21/.
• Im mniej wody potrzeba do formowania, tym mniej nale¿y jej odparowaæ podczas suszenia (ST, SA).
• Prasowanie izostatyczne w stosunku do formowania plastycznego, pozwala zaoszczêdziæ wodê i sprawia, ¿e suszenie staje siê zbêdne. Nale¿y stosowaæ prasowanie izostatyczne do jak najwiêkszej iloœci wyrobów; obecnie mo¿na przy u¿yciu tej oszczêdnej w wodê metody, formowaæ równie¿ misy (ST).
• Najnowsze metody prasowania izostatycznego wymagaj¹ nie wiêcej ni¿ 2%wag. wilgotnoœci granulatu do prasowania (ST).
• Przy tej metodzie formowania nie ma potrzeby suszenia form gipsowych (ST).
• Do izostatycznego prasowania stosuje siê granulat rozpy³owy. Im mniej wody stosuje siê do przygotowania mas lejnych, tym mniej energii zu¿ywa siê do suszenia rozpy³owego granulatu (ST).
• Nale¿y d¹¿yæ do stosowania mas lejnych zawieraj¹cych du¿o fazy sta³ej. W takim przypadku formy gipsowe bêd¹ suszone z wykorzystaniem mniejszej iloœci energii (ST, SA).
• Precyzyjne zaprojektowanie wyrobów sto³owych pozwala unikn¹æ fragmentów wyrobów, które wymagaj¹ d³u¿szego czasu suszenia i wypalania (ST, SA).
• Im wiêcej kolorów w dekoracji mo¿na zastosowaæ do jednego wypalania, tym mniej energii potrzeba do ca³kowitego wypalenia dekoracji (ST)
• Nale¿y stworzyæ przemyœlany sposób ustawiania produktów i dekoracji pozwalaj¹cy na suszenie i wypalanie wiêkszych partii
Podręcznik CGR
94
produktu; pozwala to zaoszczêdziæ energiê (ST).
• W³aœciwy sposób kontroli pozwala na optymalizacjê procesu produkcji, co prowadzi do obni¿enia zu¿ycia energii (ST).
• Zastosowanie nowatorskich, nowoczesnych technik formowania (np. Flexi Flat), które wykorzystuj¹ mniejsz¹ iloœæ form i nie wymagaj¹ ich suszenia – oszczêdza energiê /66/ (ST).
• Zaleca siê u¿ywanie do linii szkliwienia bardziej efektywnych energetycznie palników, które mog¹ byæ wy³¹czane, gdy nie s¹ potrzebne /64/ (ST).
• Metody odlewania ciœnieniowego pozwalaj¹ na unikniêcie suszenia form gipsowych oraz zmniejszaj¹ zawartoœæ wody w masie o ok. 2%wag. Wymagaj¹ jednak modyfi kowanych mas lejnych i dodatkowej energii elektrycznej (SA).
• Nale¿y dbaæ o przemyœlany plan produkcji, gdy¿ pozwala on na suszenie i wypalanie wiêkszych partii produktów, co powoduje oszczêdnoœæ energii (SA, P).
• Niewielka iloœæ asortymentów pozwala na optymalizacjê zu¿ycia energii w procesie produkcji (SA, P).
• Znaki i symbole mog¹ byæ wykonywane metodami laserowego znakowania i wtapiania barwników ceramicznych, co nie wymaga energoch³onnego wypalania. Metody laserowe maj¹ jeszcze inne zalety: oszczêdnoœci materia³owe, ograniczenie braków spowodowanych pe³zaniem dekoracji po drugim wypalaniu /67/ (SA, ST).
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
95
3.5 Suszenie
W przemyœle ceramicznym suszenie rozumiane jest jako parowanie lub ulatnianie siê fi zycznie zwi¹zanej wody. Powszechnie wiadomo, ¿e woda charakteryzuje siê wysok¹ pojemnoœci¹ ciepln¹ (4,2 kJ/kg·K) oraz bar-dzo wysokim ciep³em parowania (2500 kJ/kg). Te w³aœciwoœci powodu-j¹ wysokie zu¿ycie energii w procesie suszenia. Jedynym celem mo¿e byæ d¹¿enie do zbli¿enia siê, jak dalece to mo¿liwe, do teoretycznego zu¿y-cia energii. Rysunek 13 pokazuje, ¿e w chwili obecnej w przemyœle ce-ramicznym do 50% ca³kowitej energii cieplnej jest zu¿ywana w procesie suszenia /49/. W Wielkiej Brytanii, pomimo wielu sztywno t³oczonych mas ceramicznych, w dalszym ci¹gu do suszenia zu¿ywa siê 30% energii /9/ (CM, CK, D).
Energia potrzebna w danej chwili4300 kJ/kg = 1027 kcal/kg
Energia potrzebna do suszenia
Dla procesu jak limit, jednak 5% utraty
w powietrzu wyotowym
Energia parowania2500 kJ/kg = 597 kcal/kg
Rysunek 13. Zapotrzebowanie na energiê do procesu suszenia
Podręcznik CGR
96
• Popularnym sposobem na zmniejszenie poziomu energii suszenia w starszych zak³adach jest sprzêganie suszarni z piecami /7/ (CM, CK, D, SA).
• Obecnie, sprzêganie suszarni z piecami jest stosowane w wielu zak³adach, jednak wa¿ne jest tak¿e dostosowanie do tego organizacji produkcji poprzez precyzyjne planowanie przerw weekendowych w formowaniu i suszeniu /43/ (CM, CK, D, SA).
• Innym sposobem polepszenia efektywnoœci jest kontrolowanie systemu wentylacja/palnik oraz parametrów atmosfery suszenia /6/ (CM, CK, D, SA).
• U¿ycie niewielkich iloœci powietrza o wysokiej temperaturze zmniejsza poziom strat energii w powietrzu wylotowym /36, 45, 49/ (CM, CK, D, SA).
• Powietrze susz¹ce powinno przep³ywaæ przez pustaki ceramiczne /47/ (CM, CK).
• Przep³yw piêtrz¹cy (Rys. 14) powietrza suszenia jest bardziej efektywny, ni¿ przep³yw warstwowy; mo¿liwa jest modernizacja wspó³czesnych suszarek /4/ (D).
Rysunek 14. Przep³yw piêtrz¹cy jako optymalny sposób suszenia dachówek
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
97
• Rysunek 15 pokazuje, i¿ najni¿sze koszty energii (cieplnej i elektrycznej) zostan¹ osi¹gniête przy optymalizacji zu¿ycia energii cieplnej i w³aœciwym ruchu powietrza susz¹cego (CM, CK, D, SA).
• Odpowiedni system ustawczy do wypalania wyrobów ceramicznych oraz gêstoœæ ustawki umo¿liwi ³atwy dostêp powietrza suszenia do wiêkszoœci powierzchni /5/ (CM, CK, D).
• Krótszy czas suszenia, powoduje oszczêdzanie energii /5, 6, 41, 44/ (CM, CK, D, SA).
• Nale¿y unikaæ dodawania wilgoci do osi¹gniêcia niezbêdnej wilgotnoœci atmosfery suszenia - w takim przypadku nale¿y zwiêkszyæ gêstoœæ ustawki /9/ (CM, CK, D, SA).
Rysunek 15. Zapotrzebowanie energii ciep³a w funkcji zapotrzebowania energii recyrkulacji powietrza w suszarkach
Zapo
trzeb
owan
ie en
ergi
i dla
recy
rkul
acji p
owiet
rza
Zapotrzebowanie energii [kJ/kg wody]
cieplo moc koszty
3 500
03 000
36 72 108 144 180 216 252 288 360 396 432 504
4 000
4 500
5 000
5 500
6 000
Podręcznik CGR
98
• Zmiana kierunku przep³ywu powietrza mo¿e polepszyæ jednorodnoœæ oraz obni¿yæ czas suszenia. Zmiana systemu przep³ywów wewn¹trz suszarni mo¿e skróciæ czas suszenia, jak równie¿ poprawiæ uzysk /9/ (CM, CK, D, SA).
• Dobrym sposobem na optymalizacjê suszenia jest u¿ycie programu do symulacji procesu suszenia i przekazywanie bie¿¹cych danych kontrolnych do specjalistycznych fi rm /36/ (CM, CK, D, SA).
• W przypadku ³¹czonego systemu suszarni i pieca, dostawa energii przez piec okreœla jaki poziom energii dostarcza siê do suszarni; w przeciwnym wypadku, nieefektywne zu¿ycie energii w suszarni spowoduje nadmierne zu¿ycie energii wypalania /36, 42/ (CM, CK, D, SA).
• System ³¹cz¹cy gor¹ce powietrze z pieca z suszark¹ powinien byæ dobrze izolowany /47/ (CM, CK, D, SA).
• Wiêkszoœæ wspó³czesnych urz¹dzeñ oraz technologii suszenia pozwala na zaoszczêdzenie do 90% czasu w porównaniu z konwencjonalnym suszeniem /49/ (CM, CK, D).
• Alternatywny system suszenia przy pomocy pary wodnej, nazywany systemem „bez powietrza” (Airless Drying), umo¿liwia obni¿enie czasu suszenia nawet do 80% /63/ (CM, CK, D).
• Dostêpny jest równie¿ nowy system promienników podczerwieni, który mo¿e byæ zasilany wieloma ró¿nymi gazami. System taki jest ³atwy do kontroli i bardzo efektywny energetycznie. Mo¿e ponadto byæ zastosowany do istniej¹cych szaf suszarniczych /64/ (CM, CK, D).
• Zastosowanie nowoczesnych systemów podstawek, takich jak pokazane na rysunkach 16, 17 i 18, mo¿e prowadziæ do obni¿enia zu¿ycia energii /49/ (CK).
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
99
Rysunek 16. Podstawka kana³owa do cegie³ klinkierowych /49/
Rysunek 17. Podstawka kana³owa do dachówek /49/
Rysunek 18. System podstawek kana³owych do dachówek /49/
Podręcznik CGR
100
• W wielu halach produkcyjnych zak³adów europejskich dostêpna jest wystarczaj¹ca iloœæ miejsca i odpowiednie warunki klimatyczne do suszenia w otaczaj¹cym powietrzu. Z wyj¹tkiem produktów poddawanych prasowaniu izostatycznemu, nie jest to jednak standardowe postêpowanie pomimo tego, ¿e jest to najbardziej energooszczêdny proces suszenia (ST).
• Do suszenia wyrobów odlewanych, stosowane s¹ w coraz wiêkszym stopniu suszarki mikrofalowe, co prowadzi do oszczêdnoœci energii (ST, SA).
• Z³e warunki suszenia s¹ czêsto widoczne dopiero po wypalenia wyrobów, co powoduje wzrost braków i JZE; w³aœciwe metody kontroli produkcji i wyrobów na etapie suszenia mog¹ obni¿yæ ca³kowit¹ iloœæ braków /58/(ST, SA).
• Jednym z najbardziej energooszczêdnych sposobów suszenia rozpy³owego jest produkcja skojarzona ciep³a i energii. Rysunek 19 pokazuje bardzo dobry poziom efektywnoœci (oko³o 90%) takiego rozwi¹zania /73/(P).
• Im wiêksza zawartoœæ fazy sta³ej w masie lejnej, tym mniejsze zu¿ycie energii suszarni rozpy³owej (przy sta³ej wilgotnoœci granulatu) /59/ (P).
• Zu¿ycie energii suszenia rozpy³owego jest mniejsze w przypadku ma³ych granul, jeœli wymagania jakoœci na to zezwalaj¹ (P).
• Im lepsza izolacja termiczna suszarki rozpy³owej, tym mniejsze zu¿ycie energii (P).
• Nale¿y podgrzaæ powietrze do spalania w palnikach ciep³em odpadowym z pieca lub suszarni rozpy³owej (rys. 20) /73/ (P).
• W miejsce cyklonów mo¿na zastosowaæ odpylacze oraz podgrzewanie masy lejnej. Pozostaj¹ca frakcja pylasta z suszarni rozpy³owej jest wymywana przez masê lejn¹, co powoduje jej podgrzewanie. Metoda ta jest zalecana w instalacjach mielenia okresowego (rys. 21) /73/ (P).
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
101
• Suszarnie pionowe i poziome po procesie prasowania powinny byæ zasilane powietrzem ch³odz¹cym z pieców. Przyk³ad rozwi¹zania pokazano w /70/ (P).
Paliwo
Turbina gazowa
Spaliny
Suszarnia
Wytwarzanie energiielektrycznej
Strata energii spalin
Powietrze
Straty
Rysunek 19. Bilans produkcji skojarzonej ciep³a i energii w przypadku suszarni rozpy³owej /56/
Podręcznik CGR
102
Rysu
nek
20. O
dzys
kiw
anie
cie
p³a
ch³o
dzen
ia lu
b sp
alin
z p
ieca
do
podg
rzew
ania
pow
ietrz
a za
silaj
¹ceg
o su
szar
niê
rozp
y³ow
¹ (w
g. S
ACM
I) /7
3/
Wor
ek
filtra
cyjn
y
Paln
ik
Zawó
rPo
wiet
rze
atm
osfe
rycz
ne
Kom
inW
enty
lator
ci
nien
ia
Zasil
anie
w wa
pno
Spali
ny
z piec
a 1
Spali
ny
z piec
a 2
Zawó
r o
cinaj
cy
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
103
Rysunek 21. System odpylania powietrza odpadowego z suszarni rozpy³owej i podgrzewania masy lejnej /73/
Komin
i ni o
ZBIORNIK ZIMNEJ MASY LEJNEJ
ZBIORNIK OR EJ MASY LEJNEJ
ZBIORNIK WODY
Powietrze odprowadzane z zarni rozp owe
Podręcznik CGR
104
3.6 Wypalanie
Zu¿ycie energii potrzebnej do spiekania wyrobów ceramicznych zale¿y od wymaganej temperatury wypalania. Temperatura jest uwarunkowana sk³adem masy ceramicznej, procesem formowania materia³u i zamierzony-mi w³aœciwoœciami. Rysunek 22 pokazuje wyk³adniczy wzrost zapotrzebo-wania na energiê wraz z temperatur¹ (CM, CK, D, ST, SA, P)
JZE a temperatura wypalania
JZE w MJ/kg
k we wypalanie w Minimum Maksimum
4
9000
1000 1100 1200 1300 1400
10
15
20
eg y murarskie
a wki li wki
rury kamionkowe
wyroby sanitarneerami ne
ko owewypalaniepor elana
Rysunek 22. Jednostkowe zu¿ycie energii JZE dla produktów ceramicznych ró¿ni¹cych siê temperaturami wypalania /48/
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
105
Rysunek 23 pokazuje bilans energetyczny pieca tunelowego do wypala-nia cegie³ murarskich. Podobne straty mo¿na zaobserwowaæ w przypadku wypalania dachówek. Najwiêksze wartoœci strat powoduj¹ ró¿ne strumie-nie powietrza wylotowego, które jest czêœciowo wykorzystywane w pro-cesach suszenia (CM, CK). Ze wzglêdu na wy¿sze temperatury wypalania i specyfi kê systemu ustawczego, JZE pieca do wypalania dachówek jest 2,5 x wy¿sza w porównaniu z piecem do wypalania cegie³ murarskich /47/ (D).
Rysunek 23. Bilans pieca tunelowego do wypalania cegie³ (Schemat Sankey’a) /47/
1602 kJ/kg (100%)
78 kJ/kg (4,9%)
21 kJ/kg (1,3%)35 kJ/kg (2,2%)5 kJ/kg (0,3%)4 kJ/kg (0,2%)2 kJ/kg (0,1%)
67 kJ/kg(4,2%)
1431 kJ/kg(89,3%)
104 kJ/kg(6,5%)
123 kJ/kg (7,7%)
189 kJ/kg (11,6%) 742 kJ/kg (46,3%)
60 kJ/kg (3,7%)
410 kJ/kg (25,8%)
0 kJ/kg (0,0%)
Podręcznik CGR
106
3.6.1 Konstrukcja pieca i wózków
Na rysunku 24 i w Tabeli 2 pokazano jednostkowe zu¿ycie energii (JZE) dla ró¿nych rodzajów pieców u¿ywanych do wypalania wyrobów sto³owych i wyrobów sanitarnych. Oczywistym jest, ¿e piec rolkowy z ma³¹ iloœci¹ podstawek i szybkim procesem wypalania zu¿ywa prawie o jedn¹ trzeci¹ mniej energii ni¿ tradycyjny piec tunelowy.
JZE
tradycyjny piec tunelowy1 kWh = 3600 kJ = 3,6 MJ
8
25 33
6,3
16,723
4,210,4
14,6
piec szczelinowy
iskwitowanie ko cowe wypalanie su a
piec rolkowy0
5
10
15
20
25
30
35
Rysunek 24. Porównanie zu¿ycia energii ró¿nych pieców dla ró¿nych etapów wypalania w produkcji wyrobów sto³owych
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
107
Rysunek 25 pokazuje skracanie czasu wypalania p³ytek w ostatnim stu-leciu. Tak znaczne ograniczenie czasu wypalania zawdziêczamy zastoso-waniu pieca rolkowego. Dziêki jego niskiemu poziomowi zu¿ycia energii i prostemu kszta³towi p³ytek, ten rodzaj pieca stanowi obecnie standard techniki wypalania p³ytek ceramicznych.
Rysunek 25. Skracanie czasu wypalania p³ytek ceramicznych od 1930 roku /55/ (P)
Tabela 2. JZE dla ró¿nych rodzajów pieców w bran¿y wyrobów sanitarnych /wed³ug 54/
Rodzaj piecaTemperatura
[°C]JZE
[kJ/kg]Wydajność
[t/h]
Tradycyjny piec tunelowy 1200-1280 6,7-9,2 10-50
Współczesny piec tunelowy z lekkimi, włóknistymi materiałami ogniotrwałymi
1230-1260 4,2-6,7 10-50
Piec rolkowy 1230-1260 3,1-4,2 10-30
Czas wypalania [h]
1980 1970
1930-1960
Tem
pera
tura
[ºC]
200
0
400
600
800
1000
1200
Podręcznik CGR
108
Straty energii zwi¹zane z projektem pieca i wózków piecowych mog¹ zasadniczo zachodziæ z dwu powodów:
a) Nieszczelnoœci izolacji pieca „Jednak¿e, jedn¹ z najlepszych mo¿liwoœci na oszczêdzanie energii jest wci¹¿ eliminowanie nieszczelnoœci” Don Denison, Denison Inc. /21/ (CM, CK, D, ST, SA, P).
b) Masa materia³ów i wózków piecowych, które musz¹ byæ ogrzane.
• Obrze¿a obrêczy kó³ wózków piecowych powinny z zasady znajdowaæ siê na zewn¹trz /2/ (CM, CK, D, ST, SA).
• Pod³ogi wózków piecowych powinny byæ wykonane z lekkich materia³ów izolacyjnych wysokiej jakoœci, zawieraj¹cych minimaln¹ iloœæ ciê¿kiego szamotu. Zaleca siê, aby warstwy od do³u do pod³ogi by³y wykonane z odpowiednich do temperatury pracy materia³ów, co obni¿y naprê¿enia cieplne pod³ogi /2, 3, 20/ (CM, CK, D, ST, SA, P).
• Schemat do obliczania optymalnej gruboœci pod³ogi wózków mo¿na znaleźæ w artykule /2/ (CM, CK, DPR).
• Uszczelnienia piaskowe powinny byæ zaprojektowane tak, aby unikn¹æ nieszczelnoœci przez d³u¿szy czas - sugestie przedstawiono w /2, 33/ (CM, CK, D, ST, SA).
• Nale¿y staraæ siê unikaæ samonoœnych œcian bocznych pieca. Takie œciany maj¹ tendencjê do przeginania siê w stronê kana³u wypalania ze wzglêdu na ich ró¿ne temperatury w przekroju. Wa¿ne jest precyzyjne zaprojektowanie pieca wyposa¿onego w œciany podtrzymuj¹ce strop /2/ (CM, CK, D, ST, SA).
• Specjalnie zaprojektowane stropy pieca zapobiegaj¹ nieszczelnoœciom ze wzglêdu na rozszerzanie cieplne i sprawiaj¹, ¿e ch³odzenie stropu
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
109
staje siê zbêdne /2/ (CM, CK, D, ST, SA, P).
• Wyroby wypalane powinny byæ umieszczane na specjalnych podporach, wykonanych, np. z wêglika krzemu (D).
• Rolki pieca powinny byæ w³aœciwie uszczelnione. (P).
• W artykule /14/ opisany jest piec rolkowy przeznaczony specjalnie do dachówek, wyposa¿ony w ultra-lekkie podstawki, z obni¿onym do 120 min. czasem wypalania i bardzo nisk¹ wartoœci¹ JZE (D).
3.6.2 Paliwa i technologia wypalania
• W g³ównej strefi e wypalania zalecane jest utrzymywanie nadciœnienia 10-15 Pa /74/ (CM, CK, D, ST, SA, P).
• Zwiêkszenie wydajnoœci energii przez rezygnacjê ze sta³ego paliwa, jak wêgiel, na rzecz LPG lub oleju napêdowego jest znane, jednak dla niektórych cegielni to wci¹¿ mo¿liwoœæ zaoszczêdzenia du¿ej iloœci energii /51/ (CM, CK).
• Przy wypalaniu jednokrotnym, w którym niezbêdne jest stosowanie specjalnych mas ceramicznych i szkliw, zrezygnowano z wypalania biskwitowego. Rysunek 24 pokazuje iloœæ mo¿liwej do zaoszczêdzenia energii (ST).
• U¿ywanie odnawialnych źróde³ energii wyprodukowanych we w³asnych reaktorach na terenie cegielni, jak biogaz, mo¿e zaoszczêdziæ koszty i emisjê CO2 /11/, chocia¿ nie mo¿e pokryæ ca³ego zapotrzebowania energetycznego zak³adu /47/ (CM, CK, D).
• Wprowadzanie nowych systemów sterowania palnikami i wielostrefowej kontroli procesu wypalania /33, 51, 34/ (CM, CK, D, ST, SA, P).
Podręcznik CGR
110
• Palniki impulsowe s¹ bardziej ekonomiczne ni¿ tradycyjne /74/ (CM, CK, DPR, ST, SA, P).
• Palniki o wysokiej szybkoœci przep³ywu gazów grzewczych (powy¿ej 100m/s) s¹ zalecane do ogrzewania stref wstêpnych w piecu (do 700oC), gdy¿ w tych niskich temperaturach ma miejsce g³ównie ogrzewanie konwekcyjne. Przy u¿yciu takich nowoczesnych palników piece mog¹ byæ modernizowane pod k¹tem obni¿enia zu¿ycia energii /74/ (CM, CK, D, ST, SA, P).
• Techniki opisywane ju¿ dla procesów suszenia maj¹ znaczenie równie¿ przy wypalaniu - nale¿y umo¿liwiæ jak najlepsze przeniesienie ciep³a z gor¹cego gazu na wypalane wyroby /33, 34/ (CM, CK, D, ST, SA).
• Powietrze do spalania powinno byæ podgrzane; przy wy¿szej temperaturze wypalania, wy¿sze podgrzewanie oszczêdza energiê. Podgrzewanie powinno odbywaæ siê poprzez powietrze wylotowe z pieca /40/ (CM, CK, D, ST, SA, P).
• W miarê mo¿liwoœci nale¿y wk³adaæ do pieca gor¹ce wyroby z suszarni, np. poprzez wykorzystanie jednakowych palet do suszenia i wypalania lub poprzez bezpoœrednie ustawianie wyrobów do suszenia na wózkach piecowych /1, 23/ (CM, CK, D).
• Stosowanym ostatnio przez niektórych producentów dachówek dzia³aniem s¹ pow³oki emisyjne w pewnych czêœciach pieca maj¹ce na celu odbijanie ciep³a do wymaganego obszaru, zmniejszaj¹ce emisjê ciep³a na zewn¹trz pieca. Teoretycznie mo¿e to prowadziæ do ograniczenia kosztów gazu nawet o 10% /51/ (CM, CK, D).
• Zmniejszenie strat ciep³a powietrza odpadowego poprzez wykorzystanie go do podgrzewania pieca na ca³ej d³ugoœci, spowoduje zaoszczêdzenie energii /33/ (CM, CK, D, ST).
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
111
• Gor¹ce gazy powinny przep³ywaæ przez przestrzenie w dachówkach, aby zwiêkszyæ powierzchniê kontaktu pomiêdzy gazem a wyrobem. Ten rodzaj wypalania nazywamy wypalaniem z przep³ukiwaniem (Perfusion Firing) /47/ (CM, D).
• System ustawczy do wypalania pieca poch³ania jedn¹ z najwiêkszych iloœci energii podczas wypalania dachówek. Wiêkszoœæ wspó³czesnych typów podstawek typu H posiada œredni¹ gêstoœæ oko³o 1,6 g/cm3 i jest zaprojektowana oszczêdnie pod wzglêdem masy /15, 24/ (D).
• Najlepiej nie u¿ywaæ podstawek do dachówek /22, 39/ (D).
• Piece okresowe np. do akcesoriów mog¹ byæ obs³ugiwane o wiele oszczêdniej energetycznie, jeœli u¿ywane s¹ systemy odzyskiwania ciep³a razem z podgrzewaniem powietrza spalania lub gdy s¹ po³¹czone z suszarkami (D).
• W doniesieniu /50/ przytoczony zosta³ przyk³ad zamiany tradycyjnego pieca tunelowego na piec szybkiego wypalania, co spowodowa³o obni¿enie zu¿ycia gazu o ok. 50% (ST).
• Nale¿y d¹¿yæ do wypalania jednego wyrobu przez d³u¿szy okres w jednym piecu. Nale¿y zoptymalizowaæ krzyw¹ temperatury dla tego produktu. Przy ró¿nych produktach wypalanych w piecu nie jest mo¿liwa ¿adna optymalizacja. Nale¿y pomyœleæ o ma³ych piecach wahad³owych dla mniejszych partii. Dla najmniejszych partii nale¿y rozwa¿yæ wspó³pracê z innymi zak³adami lub pomyœleæ o zmniejszeniu iloœci asortymentu wyrobów /9/ (ST, SA, P, CK, D).
• Odzyskiwanie ciep³a z gazów odpadowych i gazów spalinowych po spalaniu /47/ (ST, SA, P, CM, CK, D).
• System ustawczy do wypalania poch³ania jedn¹ z najwiêkszych iloœci energii podczas wypalania. Wiêkszoœæ wspó³czesnych typów podstawek jest wykonana z SiC i zaprojektowana oszczêdnie pod wzglêdem masy /48/ (ST, SA).
Podręcznik CGR
112
• Najlepiej nie u¿ywaæ podstawek do wypalania poprzez np. u¿ycie pieców rolkowych (ST, SA).
• Obni¿enie iloœci odpadów obni¿a jednostkowe zu¿ycie energii.
• Drugie wypalanie zwiêksza poziom JZE (ST, SA, P).
• Piece okresowe np. do akcesoriów, mog¹ byæ obs³ugiwane o wiele oszczêdniej energetycznie jeœli u¿ywane s¹ systemy odzyskiwania ciep³a razem z podgrzewaniem powietrza do spalania lub gdy s¹ po³¹czone z suszarniami /8, 27/ (ST, SA).
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
113
1. Gres Acueducto, S.A.: The works and the products an unqualifi ed success. ZI Ziegelindustrie International, 2000, 5, 23-30
2. Riedel, R.: The real snag lies in the detail part 1 und 2. ZI Ziegelindustrie International, 2000, 6 und 9, 29-37, 23-32
3. Hesse, V.: The problems of energy consumption of tunnel kiln cars in fast fi ring tunnel kilns. ZI Ziegelindustrie International, 2001, 3, 13-20
4. Schlosser, M.; New concepts for tile setters and rapid drying in the clay roofi ng tile industry. ZI Ziegelindustrie International, 2001, 1/2, 25-29
5. Ceramicas Casao: High quality, large capacity and low energy consumption. ZI Ziegelindustrie International, 2001, 7, 24-28
6. Bauhütte Leitl-Werke GmbH: „Eco Brickworks 2000” operating at full capacity. ZI Ziegelindustrie International, 2001, 5, 16-24
7. Vissing, L.: Energy consumption in the Danish brick industry. ZI Ziegelindustrie International, 2003, 3, 21-27
8. Strohmenger, P.: Energy saving intermittent kiln with heat exchanger system. ZI Ziegelindustrie International, 2003, 3, 36-39
9. www.tangram.co.uk: Energy effi ciency in ceramics processing. http://www.tangram.co.uk/
10. Jüchter, M.: Modernization of an existing plant an economical alternative. ZI Ziegelindustrie International, 2004, 3, 20-23
11. Mödinger, F.: The utilization of biogas at brickworks. ZI Ziegelindustrie International, 2004, 5, 20-31
12. Bayrische Dachziegelwerke Bogen GmbH: Innovative tunnel kiln for accessories at Bogen roofi ng tile works. ZI Ziegelindustrie International, 2004, 9, 36-39
LITERATURA
Podręcznik CGR
114
13. Brick and Tile of Lawrenceville: A new manufacturing plant for for brick an tile Corporation of Lawrencville. ZI Ziegelindustrie International, 2004, 10, 22-26
14. Ronchetti, R.: A new type of kiln for rapid fi ring of clay roof tiles. ZI Ziegelindustrie International, 2004, 11, 38-42
15. Hohlfeld, K.: Reduced kiln furniture weight for H-setters for fi ring roof tiles. ZI Ziegelindustrie International, 2005, 3, 19-28
16. Mödinger, F.: Options for the use renewable fuels in tunnel kilns. ZI Ziegelindustrie International, 2006, 8, 44-53
17. Aubertot, C.: Petroleum coke - a fuel of the future. ZI Ziegelindustrie International, 2006, 9, 36-40
18. Rieger, W.: Flue gas post-combustion in tunnel kilns with utilization of the released heat of combustion for brick drying and fi ring. ZI Ziegelindustrie International, 2007, 9, 32-42
19. Dörr, J.: Pore-forming with carboniferous clay blends - without strength loss but with a simultaneous energy saving. ZI Ziegelindustrie International, 2006, 5, 122-129
20. Kettler, H.: Kiln car engineering and energy conservation. ZI Ziegelindustrie International, 2006, 5, 130-133
21. anonymous: „International Brick Plant Operator’s Forum” in Clemson (USA) with focus on energy saving. ZI Ziegelindustrie International, 2006, 12, 8-13
22. Mori, G.: Röben clay roofi ng tile plant in Sroda Slaska - designed for 40 million tiles and 4 million accessories per year . ZI Ziegelindustrie International, 2006, 9, 18-27
23. Rieger, W.: New design of a tunnel kiln structure made of prefabricated lightweight chamotte elements and replacement of the kiln cars by fi ring pallet circuit. ZI Ziegelindustrie International, 2007, 6/7, 45-55
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
115
24. Kettler, H.: BurcoLight - Results from practical operations. ZI Ziegelindustrie International, 2008, 5, 21-28
25. Industrie Pica S.p.A.: A new innovative clay roofi ng tile works at Portacomara. ZI Ziegelindustrie International, 2008, 8, 46-52
26. Unieco Fornace di Fosdondo: Newly developed dryer for the brick factory Fornace di Fosdondo. ZI Ziegelindustrie International, 2008, 1/2, 51-54
27. Strohmenger, P.: Energy saving Bogie-hearth furnace with heat Exchanger-System, Keramische Zeitschrift, 2003, 5, 350-352
28. Kartal, A.: Untersuchungen zur Erstellung von Hartporzellan bei verringerten Brenntemperaturen. cfi /Ber. DKG, 2004, 5, D20-D22
29. Rambaldi, E.: Glass recycling in porcelain stoneware tiles: Firing behaviour. cfi /Ber. DKG, 2004, 3, E32 - E 36
30. Coudamy, G.: Energy Saving and optimised fi ring thanks to new technology: „Entropy+”. cfi /Ber. DKG, 2003, 9, E53-E60
31. Hansen, H.: Intelligente HAT-Herdwagenöfen. cfi /Ber. DKG, 2006, 11/12, D15-D16
32. Müller-Zell, A.: Niedrig sinternde Fertigmassen für Geschirr. cfi /Ber. DKG , 2008, 11, D15-D16
33. Fischer, M.: Möglichkeiten und Grenzen der Energieeinsparung. cfi /Ber. DKG , 2009, 2, D14-D18
34. Slater, A.: Fire more or less. cfi /Ber. DKG , 2009, 2, E35-E39
35. Junge, K.: Sintering aids for reducing the fi nal fi ring temperature and energy saving. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 10, 686-687
36. Leisenberg, W.: Ways to effi cient use of energy. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 7, 434-440
37. Bohlmann, C.: Reduction of mixing water with additives - a contribution to energy cost saving. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 1/2, 35-43
Podręcznik CGR
116
38. König, R.: The „Laminaris” at the Staudacher Brickworks - a further advance in drying technology. ZI Ziegelindustrie International, 1999, 9, 67-71
39. Masatishi Nakashima, J.: Clay roofi ng tile production in Japan. ZI Ziegelindustrie International, 1999, 3, 11-17
40. Riedel, R.: Combustion air preheating. ZI Ziegelindustrie International, 1999, 11, 30-39
41. Rapis-Ziegel Schmidt GmbH: New drying technology in the Rapis brickworks. ZI Ziegelindustrie International, 1999, 9, 73-78
42. Vogt, S.: Way to effi cient use of energy. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 8, 496-501
43. Junge, K.: Effects of the ban on Sunday working on the energy consumption of heavy clay works. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 6, 327-335
44. König, R.: The Laminaris rapid dryer at the Tonwerk Venus in Schwarzach. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 8, 502-508
45. Denissen, J.A.M.: Energy effi cient drying, Part 1: Energy effi ciency of various techniques in convective drying. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 8, 509-517
46. Häßler, A.: A new continuous system for drying, fi ring and transport. ZI Ziegelindustrie International, 1998, 8, 519-521
47. Hobohm, F.: Maßnahmen zur Energieeinsparung. www.keramikinstitut.de, 2008
48. Bartusch, R.: Potential for saving energy in the Ceramic Industry. Keramische Zeitschrift, 2002, 1, 6-10
49. Vogt, S.: Fortschrittliche Trocknungstechnik. www.keramikinstitut.de, 2008
50. Jaegermann, Z.: Information Polish table ware branch, personally, 2009, 3.
Efektywne wykorzystywanie zasobów w przemyśle ceramicznym
117
51. Cartlidge D:: New techniques in the brick industry of the UK, personally, 2009, 3.
52. Petersminde Teglvaerk A/S, Stenstrup, Fünen, DK: A modern tunnel kiln for the manufacture of a wide assortment of facing bricks. ZI Ziegelindustrie International, 2005, 7, 14-17
53. Telle, R: Senkung der Brenntemperaturen bei Sanitärporzellan durch Lithium- Zugaben, www.keramikinstitut.de, 2007
54. Sladek, R.: Gegenwärtiger Stand der Technik im Brennverfahren für sanitär-keramische Produkte, Keramische Zeitschrift 47 (1995) 5
55. Schulle, W.: Entwicklungen und Probleme beim Schnellbrand keramischer Produkte. Keramische Zeitschrift 52 (2000) 12
56. Köhler, R.: Personal talks with German tile producers
57. Vouillemet, M.: Le séchage mixte air chaud / micro-ondes des moules en plâtre neufs pour I’industrie du sanitaire. L’Industrie Céramique & Verriére 899 , 12/94, 780-784
58. Vouillemet, M: Le séchage en céramique. Les Techniques de l’Industrie Minérale 8, 12/2000, 93-98.
59. Blanc J.J.: The real costs of the dispersion of spray dried bodies. Ceramic World Review 70, 01-01/2007, 148-155
60. Blanc J.J.: Valorisation des déchets de verre dans les céramiques vitrifi ées. L’Industrie Céramique & Verriére 953, 01/2000, 671-676
61. Vouillemet, M.: L’ apport des micro-ondes comme source d’energie en céramique. Réduction des cycles de traitement thermique et optimisation de la qualité des produits. Séchage mixte micro-ondes / air chaud des sanitares : résultats pilotes et applications possibles.
62. Blanc J.J.: La granularité des poudres en céramique. Finesse et réactivité des feldspaths pour vitreous sanitare. Mines & Carriéres 81, 07-08/99, 28-31.
Podręcznik CGR
118
63. J. Fifer: Commercial case for airless drying. Br Ceram Trans 97, No 2, 1998, p80 -82
64. Cartlidge D: Personal: Infrared burner system that can be controlled in red and blue mode with the heating surface being a Sintered Nit. 2009
65. WRAP: Glass in Bricks and Tiles. (UK website)
66. Cartlidge D: Personal: fl exi fl at roller making. 2009
67. Cartlidge D: Personal: laser decoration for sanitaryware. 2009
68. Airless drying shapes up to Tableware challenge. Global Ceramic Review, No 2/99, summer 1999
69. Cartlidge D: Use of waste glasses in sanitaryware production. 2009
70. SACMI Imola S.C: http://www.sacmi.com/System/00/01/25/12544/633600971649531250_1.pdf
71. SACMI Imola S.C: http://www.sacmi.com/System/00/01/25/12542/633600970754531250_1.pdf
72. SACMI Imola S.C: http://www.sacmi.com/System/00/01/25/12552/633601079876875000_1.pdf
73. SACMI Imola S.C: http://www.sacmi.com/System/00/01/25/12553/633601080867187500_1.pdf
74. Petzold, J: Personal recommendations about operating ceramic kilns.
Projekt zosta³ sfi nansowany przy wsparciu Komisji Europejskiej.
Wy³¹czna odpowiedzialnoœæ za zawartoœæ niniejszego podrêcznika spoczywa na autorach. Jego treœæ nie musi odzwierciedlaæ stanowiska Unii Europejskiej.
Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialnoœci za jakiekolwiek wykorzystanie informacji zawartych w podrêczniku.
Greek Centre of Pottery S.A(GR)
KI Keramik-Institut GmbH(DE)
Société Française de Céramique(FR)
Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych(PL)
T.Alexandridis and CO (Omega Technology)(GR)
DasKeramikinstitut