thiết lập quy trình công nghệ và tính chọn thiết bị chính để gia công đất sét sử dụng trong công nghiệp sản xuất gốm ốp lát với năng suất 6 triệu m2năm

- Theo TCVN 7132-2002 gạch ốp lát là các tấm mỏng được sản xuất từ đất sét hoặc từcác nguyên liệu vô cơ khác, dùng để lát nền, ốp tường và được tạo hình bằng phươngpháp dẻo A, phương phá

LỜI NÓI ĐẦU

Từ xa xưa con người đã biết làm ra nhiều sản phẩm gốm thủ công, đơn giản phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt Ngày nay, trên thế giới kĩ thuật sản xuất gốm sứ đã trở thành một ngành công nghiệp phát triển với kĩ thuật sản xuất hiện đại đã cho ra đời nhiều sản phẩm phong phú, đa dạng và ứng dụng trong nhiều ngành như: Điện, điện tử, tự động hóa, xây dựng và dân dụng…

Nước ta có nguồn nguyên liệu dồi dào nên có thể phát triển nghành công nghiệp gốm sứ không chỉ phục vụ cho nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu để phát triển nền kinh tế, góp phần tăng thu nhập quốc dân Tuy nhiên, kĩ thuật vẫn còn lạc hậu nên chưa có được những sản phẩm chất lượng cao Bởi vậy, việc xây dựng những nhà máy gốm sứ với công nghệ hiện đại là rất cần thiết trong nền kinh tế quốc dân.

Hiện nay, nước ta đang đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa Vì vậy các ngành công nghiệp đang được nước nhà đặc biệt ưu tiên xây dựng trong đó phải kể đến ngành Vật liệu gốm sứ Đến nay, nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển mạnh, đời sống nhân dân được nâng cao Việc xây dựng cơ sở hạ tầng cũng như nhu cầu xây dựng của người dân tăng cao nên nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày càng lớn, nhất là vật liệu gạch trang trí ốp lát.

Với nhiệm vụ được giao “Thiết lập quy trình công nghệ và tính chọn thiết bị chính để gia công đất sét sử dụng trong công nghiệp sản xuất gốm ốp lát với năng suất 6 triệu

m 2 /năm” Ý thức được bản thân mình còn nhiều hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế, vì vậy không thể tránh việc đồ án này vẫn còn nhiều thiếu sót trong quá trình tính toán và thiết kế Em mong được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo chuyên ngành trong bộ môn và các bạn đọc để đồ án này được hoàn thiện hơn Em chân thành cảm ơn GVHD – cô Nguyễn Thị Tuyết An đã có những hướng dẫn và góp ý trong quá trình tính toán và thiết kế đồ án này

Kính chúc quý thầy cô cùng các bạn nhiều sức khỏe!

Chương I: BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI

1.1 Khái niệm, phân loại

a Khái niệm

- Gạch ốp lát là một loại vật liệu hoàn thiện dạng tấm, có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân

tạo được sử dụng ốp hoặc lát nền, tường để tăng công năng và thẩm mỹ góp phần tạonên vẻ đẹp cho tổng thể các công trình xây dựng

- Theo TCVN 7132-2002 gạch ốp lát là các tấm mỏng được sản xuất từ đất sét hoặc từcác nguyên liệu vô cơ khác, dùng để lát nền, ốp tường và được tạo hình bằng phươngpháp dẻo (A), phương pháp ép bán khô (B) ở nhiệt độ thường, hoặc bằng các phươngpháp khác (C), sau đó được sấy, nung ở nhiệt độ thích hợp để đạt được các tính năngtheo yêu cầu Gạch có thể được tráng men hoặc không tráng men, không bắt cháy vàkhông bị ảnh hưởng do ánh sáng

b Phân loại

Cơ sở để phân loại:

Gạch gốm ốp lát được phân thành các nhóm dựa theo phương pháp tạo hình và theo độhút nước Việc phân nhóm này không nhằm qui định cho việc sử dụng sản phẩm

Các phương pháp tạo hình

- Phương pháp A: gạch tạo hình theo phương pháp dẻo;

- Phương pháp B: gạch tạo hình theo phương pháp ép bán khô;

- Phương pháp C: gạch tạo hình theo phương pháp khác

Phân nhóm theo độ hút nước (E)

Có 3 nhóm độ hút nước sau đây:

1) Gạch có độ hút nước thấp (nhóm I), E ≤ 3 %

Đối với gạch ép bán khô; nhóm I được phân tiếp thành 2 nhóm:

 E ≤ 0,5 % (nhóm BIa);

 0,5 % < E ≤ 3 % (nhóm BIb);

2) Gạch có độ hút nước trung bình (nhóm II), 3 % < E ≤ 10 %:

Đối với gạch được sản xuất theo phương pháp dẻo, nhóm II được phân tiếp thành 2nhóm:

 3% < E ≤ 6 % (nhóm AIIa, phần 1 và 2);

 6 % < E ≤ 10 % (nhóm AIIb, phần 1 và 2);

3) Gạch có độ hút nước cao (nhóm III), E > 10 %

Trên thị trường hiện nay có các loại gạch ốp lát phổ biến như:

 Gạch Ceramic

 Gạch Porcelain

 Gạch Granite

Bảng so sánh giữa gạch Porcelain, gạch Ceramic, gạch Granite

Gạch Porcelain Gạch Ceramic Gạch Granite

Thành phần cầu

tạo

– 70% bột đá, 30%

đất sét tinh chế và phụ gia

– 70% là đất (đất sét, đất cao lanh…), 30% là bột đá và phụ gia

– 70% bột đá, 30% đất sét tinh chế và phụ gia

Độ hút ẩm Nhỏ hơn 0,5% Từ 3% đến trên 10% Nhỏ hơn 0,5%

Nhiệt độ nung 1200 – 1220 độ C

Tùy thuộc vào quy trình sản xuất của cơ

sở Gạch Ceramic đạt chuẩn được nung ở nhiệt độ

Nhận biết

– Bề mặt gạch phủ một lớp men sứ

Lớp men có thể bóng, xù hay nhám tùy thuộc vào mục công năng và mục đích sử dụng

– Xương gạch (thân gạch) dày, men mỏng, quan sát ngang thấy thân gạch thường màu trắng

– Mẫu mã đa dạng, họa tiết phong phú

– Quan sát từ mặt cắt ngang viên gạch

có thể thấy lớp men gạch dày, xương gạch mỏng, thường

có màu đỏ do thành phần cầu tạo chủ yếu là đất

– Độ nhẵn trên bề mặt gạch đạt được

do mài bóng

– Chất liệu đồng nhất từ đáy lên bề mặt,

– Ít mẫu mã và các họa tiết thường đơn giản, tự nhiên

Gạch ốp lát có 3 vai trò chính:

 Hoàn thiện sàn, tường tạo tính thẫm mỹ

 Tạo bề mặt sạch sẽ dể vệ sinh

 Hỗ trợ chống thấm cho phòngViệc chọn gạch ốp lát phù hợp góp phần tạo ra không gian hiện đại hay cổ điển, sinh độnghay trầm lắng sẽ mang lại sự thoải mái, hài lòng cho gia chủ

c Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất gạch ốp lát

Quy trình công nghệ sản xuất gạch ốp lát Ceramic: trải qua 5 công đoạn chính, cùng với

đó là rất nhiều khâu kiểm định chất lượng, giám sát dây chuyền vô cùng khắt khe từ khi chọn nguyên liệu cho đến khi đóng gói và cung ứng cho người tiêu dùng

Bước 1: Gia công phối liệu ( chọn phương pháp ướt để gia công phối liệu)

Gạch Ceramic (gạch men) được sản xuất từ nguồn phối liệu bao gồm 70% đất sét tinh chế, khoảng 30% bột đá và phụ gia để tăng độ kết dính, cho thân gạch có kết cấu chắc chắn hơn

Việc chuẩn bị cho thân gạch bao gồm các thao tác chính:

- Nghiền mịn các nguyên liệu làm gạch bằng phương pháp nghiền ướt, nguyên liệu nướcđược trộn ở độ ẩm khoảng 32% đến 34%

- Sau đó hồ bột liệu được khuấy đều và vận chuyển lên bể khuấy trung gian trước khiđược đưa qua tháp sấy phun

Bước 2: Tạo hình viên gạch

- Bột liệu sau khi sấy sẽ được trộng với nước theo tỉ lệ khác nhau phù hợp với cách địnhhình viên gạch Hàm lượng nước 4 – 7 % (bột bán khô) thích hợp cho việc nén ép tạohình ( đây là phương pháp phổ biến hiện nay ), còn bột nhão với tỉ lệ nước 15 – 20% phùhợp với việc định hình bằng cách nhồi khuôn

- Hiện nay phương pháp tạo hình cho viên gạch được sử dụng phổ biến nhất là nén ép bột bán khô Với cách làm này, máy ép thủy lực được sử dụng để tạo hình Máy có khả năng ép

cùng lúc nhiều viên gạch với độ dày đồng nhất, chính xác về kích thước Sức nén mạnhkhiến cho bột được ép rất chặt, thành phẩm gạch sau đó sẽ chắc chắn và có độ bền cao

Bước 3: Sấy khung xương

Gạch sau khi được nén ép tạo hình gọi là mộc, có độ ẩm khoảng 6 ÷ 7%, để đảm bảo sảnphẩm trước khi nung không bị nứt vỡ do mất nước cơ lý và phải có cường độ tối thiểutrước khi tráng men cũng như có được độ khô cần thiết để tạo thuận lợi cho sự bám dínhcủa men trong quá trình tráng, người ta thường dùng thiết bị sấy như: Sấy đứng hoặc sấynằm, nhằm sử dụng tác nhân nhiệt để loại bớt lượng ẩm có trong sản phẩm sao cho đạtđược độ ẩm cần thiết của sản phẩm sau khi sấy từ 0,1 ÷ 0,3 % tùy theo từng sản phẩm

Bước 4: Tráng men

Sau khi sấy khô, công đoạn tiếp theo vô cùng quan trọng trong quy trình công nghệ sảnxuất gạch ốp lát Ceramic – phủ men Gạch đã sấy khô được tráng men lần lượt theo dâychuyền Men là hỗn hợp khoáng chất và các hợp chất đất trong nước được phủ lên bề mặtgạch

Bước 5: Nung lần cuối

Gạch được nung ở nhiệt độ cao dao động trong khoảng 1050 – 1200ºC trong lò nungthanh lăn, các viên gạch được di chuyển liên tục bởi các con lăn quay Gạch nung ở đúng

nhiệt độ tiêu chuẩn thích hợp thì mới đảm bảo về độ bền, sức chống chịu tác động ngoạilực, chống thấm tốt.

Bước 6: Phân loại gạch và đóng gói

Khâu cuối cùng trong quy trình sản xuất gạch Ceramic là phân loại và đóng gói gạch cungcấp cho người tiêu dùng Sau khi nung, thành phẩm gạch được phân loại tự động bằngbăng chuyền, sau đó được vệ sinh và đóng hộp

Chương II: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

2.1 Dây chuyền công nghệ

2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Quá trình gia công phối liệu hồ xương:

+ Nguyên liệu chính để làm xương gạch ốp lát gồm có đất sét, cao lanh, feldspar và một

số nguyên liệu khác sẽ được nhập về, gia công sơ bộ ( nếu cần), sau đó sẽ được cân địnhlượng theo 1 tỉ lệ nhất định và đưa vào máy nghiền bi

+ Máy nghiền bi sẽ nghiền mịn phối liệu theo phương pháp ướt (phối liệu khi nghiền bi sẽđược đảo trộn đồng đều về thành phần hóa học để khi phản ứng tạo khoáng trong xương

sẽ đều, xương sẽ đồng nhất khi nung gạch sẽ đạt độ phẳng cao)

+ Hồ xương sau khi nghiền được lọc qua sàng (độ mịn sau khi nghiền cần đạt lượng sótsàng 10.000 lỗ/cm2 là 94%) và lưu trong các bể chứa có hệ thống khuấy chống lắng (gồm

bể khuấy thô và bể khuấy tinh) Trước khi vào bể khuấy tinh hồ xương được lọc, khử tạpchất sắt tự do và các tạp chất khác còn lẫn trong nguyên liệu khi gia công Thiết bị khử sắt

là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu Công việc này có tác dụng tốt đối với xương

vì nếu còn sót lại trong xương thì chúng sẽ gây lỗi sản phẩm như sùi bề mặt làm hỏng lớpmen khi được nung ở nhiệt độ cao

- Quá trình sấy bột liệu:

+ Hồ được một máy bơm áp lực cao bơm lên tháp sấy phun dưới dạng sương mù Trongtháp sấy nhiệt độ cao do một buồng đốt cung cấp khoảng 450 - 500 ˚C Hồ được phun vàogặp không khí nóng sẽ làm hơi nước bay đi, nguyên liệu rơi xuống đấy tháp là dạng bộtkhô (5 - 6%) Bột này được ủ trong các silo khoảng 48h để làm đều sau đó theo băngchuyền vào khâu ép

- Khâu ép thành hình:

+ Bột liệu khô sau khi định lượng sẽ được hệ thống rải liệu nạp vào các hốc khuôn ép,mỗi hộp khuôn ép có từ 1 ÷ 6 hốc khuôn, bột ép được định lượng trong các hốc khuôn rấtđều nhau với dung sai khoảng 30 ÷ 80 gam (tùy thuộc vào kích thước sản phẩm) Độ dàymộc phụ thuộc vào lượng bột rải trong hốc khuôn và lực ép của máy Các thông số độ dàymộc và lực ép được cài đặt sẵn trên hệ thống điều khiển của thiết bị ép Sau khi ép, máy

ép tự động đẩy mộc ra khỏi hốc khuôn ép và được vận chuyển ra dây chuyền

- Quá trình sấy mộc:

+ Sản phẩm mộc sau khi ép qua hệ thống bàn lật được đưa thẳng vào hệ thống sấy mộcbằng hệ thống băng tải tự động, trên hệ thống băng tải tự động người ta thường lắp thiết bịtích tụ nhằm xắp xếp và tạo hàng sản phẩm trước khi được đưa vào hệ thống sấy mộc, để

có khoảng cách nhất định giữa các hàng sản phẩm tạo thuận lợi cho tác nhân sấy phân bốđều trong quá trình sấy

+ Thông thường nhiệt độ sấy tối đa là 150 - 3000C và chu kỳ sấy 30 - 60 phút tùy theothiết bị và kích thước mỗi loại sản phẩm Trên hệ thống sấy mộc, tác nhân sấy được tạo rabằng nguồn nhiệt từ các hệ thống vòi đốt tự động hoặc nguồn nhiệt khác được lắp phân bốđều hai bên nhằm tạo môi trường sấy được đồng đều

+ Sản phẩm sau khi sấy thường có độ ẩm ≤ 0,5%, cường độ chịu uốn yêu cầu >1,4N/mm2 và nhiệt độ bề mặt sản phẩm là 75, 1200C tùy theo từng thiết sấy và kích thướcsản phẩm.

- Quá trình tráng men:

+ Sản phẩm sau khi được sấy, qua thiết bị chổi quét mặt gạch có tác dụng làm sạch bề mặtmộc, sau đó chạy thẳng vào dây chuyền tráng men bằng thiết bị chuyền tải tự động, quathiết bị phun ẩm tạo ẩm bề mặt làm giảm nhiệt độ để có được nhiệt độ cần thiết và làmtăng độ bám dính của men, hạn chế hiện tượng rỗ men sản phẩm sau khi tráng men, rồiqua hệ thống tráng men engobe và men nền

- Quá trình in hoa văn sản phẩm:

+ Sản phẩm sau khi được tráng men, qua thiết bị mài cạnh có tác dụng loại bỏ các ba via

và men chảy tràn bám vào cạnh sản phẩm, vòi khí nén thổi trực tiếp lên bề mặt sản phẩm

để làm sạch bề mặt trước khi in trang trí, sau đó đưa vào thiết bị in bằng hệ thống băngchuyền tải tự động và được định vị bằng các thanh hướng có dây đai chuyền tải

+ Sản phẩm đưa vào máy in được định vị bằng thiết bị tự động Điều chỉnh khung lưới inhoặc quả Rulo sao cho các họa tiết cần in được khắc trên lưới in hoặc tấm Polime được bốtrí theo thiết kế mẫu đã định sẵn trên bề mặt sản phẩm

+ Men dùng để in họa tiết thường là loại men có nhiệt độ chảy thấp, được nghiền ướt cópha màu theo quy trình thiết kế và trộn với một loại dung môi có tác dụng tạo độ linhđộng cho men in không bị dính lưới, Rulo và làm tăng độ bám dính của men Men intrang trí được bơm hoặc đổ trực tiếp lên lưới in hoặc Rulo, bằng thiết bị dao gạt hoặc độ tìquả Rulo mà men in lưới được dải đều trên bề mặt sản phẩm

- Quá trình nung sản phẩm:

+ Sản phẩm sau khi được in trang trí sẽ được đưa vào hệ thống xe goòng bằng hệ thốngxếp tải tự động hoặc thủ công, sau đó qua thiết bị dỡ tải và tạo hàng sản phẩm vào thiết bị

lò nung thanh lăn, thực hiện quá trình nung đốt

+ Sản phẩm được nung với đường cong nhiệt phù hợp, thường có nhiệt độ nung ở vùngnung cao nhất từ 1130 - 1200˚C, chu kỳ nung từ 30-60 phút tùy kích thước và yêu cầu đặctính kỹ thuật từng sản phẩm

+ Nhiệt cung cấp cho quá trình nung đốt từ hệ thống các vòi đốt tự động được bố trí haibên thành lò nhằm tạo môi trường nung đồng đều, các vòi đốt tạo nhiệt bởi quá trình đốtnguồn nhiên liệu như: Dầu, gas hoặc khí hóa từ than Kèm theo có hệ thống cung cấp khí

và ôxy cho quá trình cháy nhiên liệu gồm: quạt gió cao áp và hệ thống đường ống dẫn khítới các mỏ đốt

- Quá trình phân loại sản phẩm:

Để có được chất lượng sản phẩm theo đúng phẩm cấp công bố và ban hành trước khi đưa

ra thị trường, người ta thường phân loại phẩm cấp chất lượng của sản phẩm như sau Sảnphẩm được phân loại theo phẩm cấp chất lượng từ cao đến thấp Đó là sản phẩm loại 1, 2,

3 hoặc A, B, C…

- Quá trình đóng gói sản phẩm:

Với những đặc thù của sản phẩm gạch gốm sứ là có khối lượng rất nặng nên người ta lựachọn vỏ hộp có đủ độ bền Trên vỏ hộp được in nhãn mác theo luật (thương hiệu, nhà sảnxuất, mã sản phẩm, ngày sản xuất, ca sản xuất…)

2.3 Vai trò nhiệm vụ của thiết bị được giao trong SĐCN

Thiết bị được giao gồm máy nghiền bi ướt, bể khuấy thô và bể khấy tinh đây là các

thiết bị đặc trưng và quan trọng, thường được sử dụng trong công nghiệp, đặc biệt là trongdây chuyền sản xuất các sản phẩm gốm

2.3.1 Máy nghiền bi

Nhiệm vụ: Trên sơ đồ công nghệ, máy nghiền bi được bố trí sau cân phối liệu, dùng đểnghiền mịn và trộn đều hỗn hợp các nguyên liệu, tạo ra sản phẩm dưới dạng hồ có độ ẩmkhoảng 35%, độ nhớt 30 – 40 s/100ml và độ sót sàng 10000 lỗ/1cm2 là 6 – 7%

Vai trò: Đây là một thiết bị không thể thiếu trong dây chuyền, máy nghiền bi tạo ra mộtloại hỗn hợp hồ phối liệu mịn và đồng nhất, giúp cho sản phẩm gạch khi nung sẽ ninh kếttốt hơn, có độ phẳng bề mặt cao hơn Ngoài ra, phối liệu ở dạng hồ có độ nhớt hợp lí cũngđảm bảo cho việc sàng, bơm vận chuyển và phun trong tháp sấy được dễ dàng hơn

Sở dĩ lựa chọn máy nghiền bi để nghiền thay vì các loại máy khác như máy nghiền xaluân, máy nghiền con lăn đứng… là vì đặc điểm làm việc của máy rất phù hợp với cácyêu cầu đặc trưng trong quy trình sản xuất gạch ốp lát Thông thường nguyên liệu trướckhi nghiền có độ ẩm rất lớn, sản phẩm nghiền thì yêu cầu phải có độ mịn cao và có tínhđồng nhất cực kì lớn thì sản phẩm gạch tạo ra mới có chất lượng tốt mà máy nghiền bi ướthoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu trên

2.3.3 Bể khuấy tinh: ( bể khuấy bùn phối liệu)

- Là thiết bị trung gian chứa bùn sau khi khử từ để bơm

lên tháp sấy phun Ở đây bùn sẽ ổn định về độ nhớt và cả

tỷ trọng Bể khuấy tinh gồm 2 bộ phận chính là bể chứa và máy khuấy

- Máy khuấy có cấu tạo bao gồm động cơ, hộp giảm tốc, trục – cánh khuấy, giá đỡ động

cơ hộp giảm tốc và khớp nối trục khuấy với động cơ

 Động cơ hộp giảm tốc

 Động cơ hộp giảm tốc là bộ phận chính của máy khuấy, bao gồm 2 phần chính làhộp giảm tốc và động cơ điện

 Động cơ điện thường dùng loại 3 pha (380V) dùng để tận dụng dòng điện 3 phasẵn có trong nhà máy, xí nghiệp và đáp ứng được yêu cầu tốc độ moment xoắn caongay khi vận hành.

 Cơ bản hộp giảm tốc gồm có 2 chức năng chính:

 Giảm tốc: Vì động cơ (theo chuẩn quốc tế) thường sẽ có tốc độ cao, trong khi nhucầu sử dụng thực tế (tốc độ đầu ra) thì lại thấp Chính vì vậy sẽ cần tới hộp giảmtốc để điều chỉnh vòng quay nhằm được tốc độ như ý

 Tăng tải: Lắp hộp giảm tốc vào động cơ nhằm làm tăng moment xoắn, từ đó tăngkhả năng tải trọng cũng như độ khỏe của trục ra hộp giảm tốc

 Hộp giảm tốc được dùng để điều chỉnh tốc độ (giảm) của động cơ, do đó nên chỉđược sử dụng đi kèm động cơ khi không có động cơ nào đáp ứng có tốc độ động

cơ yêu cầu Hộp giảm tốc cũng chỉ có thể điều chỉnh được một tốc độ nhất định(khác với biến tần, có thể từ một tốc độ motor quay mà đầu ra cho ta các tốc độquay khác nhau)

 Trục khuấy

 Cùng với cánh khuấy, trục khuấy cũng là một bộ phận của hệ thống khuấy trộn,

tiếp xúc trực tiếp với dung dịch khuấy trộn

 Trục khuấy được chế tạo bằng vật liệu như thép không gỉ SUS304, SUS316 nhằmchịu hiệu quả sự ăn mòn và mài mòn lớn

 Đường kính trục, chiều dài trục sẽ phụ thuộc vào độ nhớt, hình dạng bồn khuấy, tỷtrọng và thể tích khuấy

 Cánh khuấy

 Cánh khuấy là bộ phận quan trọng nhất, nó quyết định khả năng khuấy

 Có nhiều loại cánh khuấy khác nhau như cánh khuấy dạng chân vịt, turbine, mái

chèo… phù hợp với đặc tính của từng dung dịch khuấy và công suất máy khácnhau

Hình: Một số loại cánh khuấy

1 Kiểu đĩa khuấy, 2 Kiểu chân vịt, 3 Kiểu turbine