Tiểu luận lò nung gốm sứ

Phối liệu sản xuất gốm được tạo hình và thiết kế ở nhiệt độ cao làm cho vật liệu có những tính chất hóa lý đặc trưng.. Về mặt bản chất tạo thành vật liệu gốm thì nhóm nguyên liệu dẻo là

M ỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ 3

1.1 Định nghĩa gốm sứ 3

1.2 Nguyên liệu sản xuất 3

1.3 Dây chuyền sản xuất gốm sứ 4

CHƯƠNG 2: LÒ NUNG GỐM SỨ SỬ DỤNG KHÍ GAS 7

2.1 Cấu tạo hệ thống lò nung sử dụng nhiên liệu khí 7

2.2 Nguyên lý hoạt động 12

2.3 Chế độ nhiệt trong lò nung 13

KẾT LUẬN 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

L ỜI NÓI ĐẦU

Từ xa xưa, các sản phẩm bằng gốm sứ là các vật dụng không thể thiếu đối với người dân Việt Nam Ngày nay, ngoài việc sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, gốm sứ còn

có nhiều ứng dụng trong xây dựng, trang trí nhà cửa, làm sứ cách điện, hay trong một

số ngành công nghiệp khác

Trên khắp đất nước Việt Nam có rất nhiều làng nghề sản xuất đồ gốm với hàng trăm năm lịch sử Các lò nung gốm tại đây sử dụng nhiều công nghệ cũ, lạc hậu Vì vậy chất lượng sản phẩm còn thấp, ít có tính cạnh tranh, và mang lại hiệu quả kinh thế chưa cao

Hiện nay, sử dụng lò nung gốm sử dụng khí gas đang là hướng đi mới cho các làng nghề sản xuất gốm sứ với nhiều ưu điểm mang lại

Trong tiểu luận này em xin trình bày “ Lò nung gốm sứ sử dụng khí gas”

Nội dung tiểu luận gồm:

- Công nghệ sản xuất gốm sứ

- Lò nung gốm sứ sử dụng khí gas

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GỐM SỨ 1.1 Định nghĩa gốm sứ

Gốm là vật liệu vô cơ không kim loại, có cấu trúc đa tinh thể, ngoài ra cso thể gồm cả pha thủy tinh Nguyên liệu để sản xuất gốm bao gồm một phần hay tất cả là đất sét

hoặc cao lanh Phối liệu sản xuất gốm được tạo hình và thiết kế ở nhiệt độ cao làm cho

vật liệu có những tính chất hóa lý đặc trưng

Gốm sứ là loại vật liệu không thấm nước và khí (<5%) thường có màu trắng Sứ có độ

bền cơ học cao, tính ổn định nhiệt và hóa học tốt sứ được dung để sản xuất đồ gia

dụng, đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng

Có nhiều cách phần loại gốm:

- Gốm truyền thống: Gốm thô, gốm mịn

- Gốm kỹ thuật

Gốm kỹ thuật có những tính chất khác hẳn với gốm truyền thống do cách sử dụng các nguyên liệu Điểm giống nhau giữa chúng là cách sử dụng quá trình thiêu kết ở nhiệt

độ cao để tạo thành sản phẩm

1.2 Nguyên li ệu sản xuất

Nguyên liệu sản xuất gốm sứ bao gồm 3 loại chính:

- Nguyên liệu dẻo: Các loại cao lanh, đất sét, chúng tạo điều kiện hình thành phối

liệu dẻo Tính dẻo ở đây là do các khoáng sét tạo thành

- Nguyên liệu không dẻo: Còn gọi là nguyên liệu đầy, có tách dụng làm giảm sự

co ngót khi sấy và nung, chống nứt khi sấy và nung nhưng đồng thời cũng làm

giảm khả năng tạo hình So với nguyên liệu dẻo thì nguyên liệu đầy có các hạt thô hơn, hạt thường không xốp, tương đối ổn định và không biến tính khi nung, khi nung ko co ngót Nguyên liệu đầy điển hình như thạch anh, corundon, đất sét nung (samốt)…

- Chất trợ dung: Theo quan điểm tạo hình và sấy thì loại nguyên liệu này tương tự

loại số hai, nhưng chức năng chính của nó là tạo pha lỏng khi nung Điều này sẽ

tạo điều kiện và thúc đẩy nhanh quá trình kết khối Điển hình cho loại này là tràng thạch alkali hay các nguyên liệu chứa các oxít kiềm thổ

Về mặt bản chất tạo thành vật liệu gốm thì nhóm nguyên liệu dẻo là quan trọng nhất vì khoáng caolinit trong đất sét sau quá trình nung hình thành pha tinh thể mullet, là khoáng đóng vai trò quyết định hình thành nên những tính chất của gốm

1.3 Dây chuy ền sản xuất gốm sứ

Quá trình sản xuất gốm sứ bao gồm các bước:

a) Nghi ền

Là quá trình tạo độ min cho nguyên phối liêu, tạo điều kiên cho phản ứng nhiệt độ cao khi nung vì điện tích tiếp xúc giữa các hạt lớn, mặt khác quá trình nghiền mịn tạo ra số khuyết tật sản phẩm ít hơn

Quá trình nghiền chia làm ba loại:

- Nghiền thô

- Nghiền trung bình

- Nghiền mịn

b) Chu ẩn bị phối liệu

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

- Đạt được độ chính xác cao nhất về thành phần hóa học và tỉ lệ cỡ hạt, thành

phần phối liệu và các tính chất kỹ thuật của nó ở các khâu trong dây chuyền công nghệ để đảm bảo đúng tính chất cần mong muốn của các loại sản phẩm sau khi nung

- Đạt được độ đồng nhất cao về thành phần hóa, thành phần hạt, lượng nước tạo hình, chất điện giải hay các loại phụ gia… trong phối liệu theo thời gian và vị trí khác nhau

Mục đích của việc chuẩn bị phối liệu là:

- Tạo ra phối liệu đúng theo lượng đã tính toán

- Tiếp tục nghiền mịn các loại nguyên liệu đến cỡ hạt yêu cầu

- Tạo được sự hòa trộn đồng nhất của tất cả các loại nguyên liệu trong phối liệu,

có độ ẩm đồng nhất, có những thông số công nghệ tối ưu phù hợp với công đoạn

tạo hình tiếp theo

Phương pháp chuẩn bị phối liệu truyền thống là nghiền trộn chung các loại nguyên liệu thành huyền phù trong máy nghiền bi

c) Ki ểm tra kỹ thuật phối liệu

Kiểm tra các đặc tính kỹ thuật của phối liệu bao gồm:

- Kiểm tra độ chính xác và đồng nhất về thành phần hóa, thành phần hạt và độ

ẩm

- Kiểm tra màu sắc của đất mộc sau khi nung

- Kiểm tra một số tính chất kỹ thuật của phối liệu ở nhiệt độ thường: độ dẻo, cường độ mộc, độ co sấy…

- Kiểm tra các tính chất của phối liệu ở nhiệt độ cao (chủ yếu là ở nhiệt độ nung)

d) T ạo hình

Mục đích của khâu tạo hình cũng như yêu cầu cơ bản của nó là thỏa mãn các chỉ tiêu

về kích thước, hình dạng hình học, độ đồng nhất của bán thành phẩm và của sản phẩm Theo mức độ đồng nhất (thành phần, độ ẩm, mật độ và cấu trúc) do các phương pháp

tạo hình đạt được thì tổng quát có thể sắp xếp theo thứ tự sau:

- Đồ rót sản phẩn rỗng

- Đồ rót sản phẩm đặc

- Xây trên máy

- Xây trên máy và kể cả vuốt, gắn ráp bằng tay

- Ép bán khô

- Ép dẻo

- Nện dập thủ công

e) S ấy sản phẩm

Sản phẩm gốm sứ sau khi tạo hình có thể có độ ẩm tới 25% Để việc sửa mộc, vận chuyển, tráng men và nung dễ dàng bắt buộc phải sấy sản phẩm

Khi sấy hơi ẩm sẽ thoát ra, nếu chúng thoát ra đột ngột, phần nước ở trên bề mặt hay sát bề mặt thoát ra dễ dàng nhưng hơi ẩm bên trong lòng sản phẩm thoát ra rất khó khăn do đó áp suất ấy vượt quá lực liên kết của các hạt sé sẽ gây gãy nên hiện tượng nổ

sản phẩm ngay lúc sấy (hay lúc nung)

Mục đích của quá trình sấy là loại bỏ nước liên kết vật lý (còn gọi là nước tự do, nằm ở các lỗ trống giữa các hạt vật liệu) hay nước liên kết hóa lý (bao gồm nước hấp phụ, nước hydrat hóa và ở các loại khoáng sét ba lớp silicat và nước trương nở)

f) Nung

Là khâu quan trọng nhất trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ

Khi nung, trong vật liệu xảy ra phản ứng ở nhiệt độ cao, các cấu tử trong nguyên liệu, quá trình kết khôi, quá trình xuất hiện pha lỏng, quá trình hòa tan và tái kết tinh các tinh thể Quá trình nung xảy ra đồng thời các quá trình trao đổi nhiệt, trao đổi chất, và các quá trình này diễn ra rất phức tạp

Điều quan trọng nhất trong quá trình nung là tạo ra vật liệu có vi cấu trúc mới

Cấu trúc xương của sản phẩm gồm một hệ thống nhiều pha phức tạp bao gồm pha thủy tinh, pha tinh thể và pha khí Tỉ lệ số lượng các pha này là thành phần pha của xương

sản phẩm, nó xác định tính chất vật lý của xương sản phẩm

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung:

- Thành phần hóa học của phối liệu

- Kích thước và thành phần hạt

- Mật độ của bán thành phẩm

- Nhiệt độ nung cực đại và thời gian lưu

- Tốc độ nâng và giảm nhiệt độ

- Môi trường khí của quá trình nung

g) Ph ủ men

Men phủ là lớp phủ silicat hay lớp phru oxít dùng để phủ lên bề mặt vật liệu giúp vật

liệu bền hơn dưới ảnh hưởng của môi trường và nhiệt độ, giúp nâng cao cường độ cơ

học và thẩm mỹ, làm cho bề mặt xương gốm bóng láng và không thấm nước

Lớp men sứ phủ thường là lớp thủy tinh mỏng chiều dày 0,1-0,4 mm Nhiệt độ chảy

dao động trong khoảng 900 – 14000C

CHƯƠNG 2: LÒ NUNG GỐM SỨ SỬ DỤNG KHÍ GAS

Như đã trình bày ở phần trên, công đoạn nung là công đoạn quan trọng bậc nhất và quyết định đến chất lượng sản phẩm Nung gốm sứ từ xa xưa sử dụng các loại lò nung

bằng củi, bằng than nhưng cho hiệu suất thấp và chất lượng sản phẩm chưa cao Trong

kỹ thuật hiện đại ngày nay, người ta sử dụng các loại lò nung bằng khí gas với nhiều ưu điểm

- Giảm tiêu hao nhiên liệu

- Tiết kiệm thời gian nung

- Sản phẩm có chất lượng cao

- Giảm tình trạng ô nhiễm môi trường

- Giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế

2.1 C ấu tạo hệ thống lò nung sử dụng nhiên liệu khí

Lò nung sử dụng nhiên liệu khí gas là loại lò công nghiệpcó kích thước và khối lượng

lớn Cấu tạo lò nung bao gồm:

a) Thân lò

Kết cấu phần thân lò gồm ba lớp:

- Phía trong cùng là lớp gạch chịu lửa: Đây là lớp gạch có khả năng chịu nhiệt rất cao lên đến trên 13000

C Thường sử dụng là loại gạch chịu lửa samốt

- Ở giữa là lớp bông khoáng thủy tinh có nhiệm vụ cách nhiệt, làm giảm sự truyền nhiệt nhiệt độ từ phía trong lò ra bên ngoài Lớp bông khoáng có ưu điểm là dẫn nhiệt kém, tỷ trọng nhẹ, giảm khối lượng lò nung

- Ngoài cùng là vỏ lò, thường làm bằng thép, có nhiệm vụ tạo kế cấu khung cho

lò, là bộ phận để lắp các cụm chi tiết khác như: buồng điều hòa, ống khói, toàn

bộ đường ống dẫn khí và nhiên liệu

Hình 2.1: Thân lò

Mặt trong của thành lò được thiết kế nhô ra ăn khớp với phần rãnh của xe lò tạo sự kín khít trong quá trình lò làm việc

Phần nóc lò có kết cấu dạng phẳng hoặc dạng vòm, đóng vai trò là miền giới hạn giữa thân lò và buồng điều hòa

b) Xe lò

Xe vừa có nhiệm vụ là đưa vật nung từ ngoài vào trong buồng đốt còn làm nhiệm vụ đóng vai trò là đáy lò Xe lò được chế tạo rời so với phần thân lò

Cấu tạo xe lò gồm phần khung làm bằng thép tấm, xe lò chạy trên thanh ray nhờ hệ

thống bánh xe Phần phía trên thép tấm là lớp gạch chịu lửa khít với hai thành bên của

lò, đảm bảo hơi nóng sẽ không thoát ra ngoài được Khi không hoạt động, xe lò được đưa ra ngoài, đến khi hoạt động, sản phẩm được xếp đầy lên xe lò và đưa vào lò để

thực hiện quá trình nung

Hình 2.2: Xe lò

1 Khung thép 2 Gạch chịu lửa 3 Hệ thống bánh xe

c) C ụm cửa lò

Cửa lò có nhiều loại, và nhiều kiểu thiết kế nhưng cơ bản phải phải đảm bảo các điều

kiện sau:

- Đóng mở dễ dàng và thuận tiện

- Đủ cứng vững và đủ kín

- Không bị biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ cao

Cửa lò cấu tạo cũng gồm các phần giống như phần thân lò, và được lắp bản lề gắn với

phần thân lò Trên cửa lò có hệ thống vô lăng khóa cửa khi lò vận hành, tạo độ kín cho

lò khi hoạt động

Hình 2.3: C ụm cửa lò

d) H ệ thống đường ống dẫn khí và đầu đốt

Chức năng của hệ thống đường ống dẫn khí đốt là dẫn nhiên liệu cung cấp tới các đầu đốt từ đó tạo ra nhiệt độ để thực hiện quá trình nung

ệ thống đốt nhiên liệu

Hình 2.5: Đầu đốt nhiên liệu

Hình 2.6: S ự đốt nhiên liệu trong lò

Hệ thống đầu đốt sẽ được bố trí ở hai bên, dọc theo chiều dài của thân lò Hệ thống này

sẽ được nối với hệ thống đường ống dẫn khí gas ở phía dưới Khí gas sử dụng trong quá trình đốt có thể là khí thiên nhiên hoặc lấy từ quá trình khí hóa than

2.2 Nguyên lý ho ạt động

Quá trình nung trải qua các bước:

- Bước 1: Sản phẩm được xếp lên xe lò theo từng lớp một, mỗi lớp sẽ được lót

bằng thép hoặc vật liệu chịu lửa Sản phẩm được xếp sao cho khi xe lò được đưa vào lò sẽ ko tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa trong lò

- Bước 2: Thổi không khí vào lò, đuổi khí gas có trong lò tránh hiện tượng tạo

hỗn hợp nổ Sau khi đuổi khí cấp gas vào lò để kiểm tra độ ổn định của hệ thống đầu đốt

- Bước 3: Điều chỉnh nhiệt độ của lò ở ở chế độ sấy (khoảng 5500C), giữ nhiệt độ trong khoảng 3giờ Mục đích là để sản phẩm được khô đều, tiếp đó nâng nhiệt

độ lên 11200C, quá trình thay đổi nhiệt độ và giữ nhiệt độ như vậy được duy trì

tới khi gốm được nung xong

- Bước 4: Quá trình làm nguội gốm đã chín về nhiệt độ thấp cũng được điều chỉnh

giảm theo từng thang nhiệt độ nhất định, tránh hiện tượng tăng giảm nhiệt độ đột ngột làm hỏng sản phẩm

2.3 Ch ế độ nhiệt trong lò nung

Hình 2.7 : Đường cong nhiệt nung

Nhiệt độ là một tham số điều khiển quan trọng để điều khiển hệ thống lò nung gốm, sứ

Nó quyết định chất lượng của sản phẩm và năng suất của hệ thống lò Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình Oxi hoá - khử của nguyên liệu và quá trình tạo sản phẩm Trong quá trình Oxi hoá - khử, nhiệt độ phải được đảm bảo khoảng 500 – 7000C và ổn định Điều này giúp cho quá trình Oxi hoá - khử diễn ra thuận lợi và đảm bảo hàm lượng nguyên liệu được Oxi hoá - khử từ 90 - 95% trước khi đi vào lò nung Trong lò nung, nhiệt độ yêu cầu ổn định ở 11200C điều này rất quan trọng vì nó đảm bảo đến

chất lượng sản phẩm

Trong hệ thống lò nung có rất nhiều điểm điều khiển nhiệt độ và phân bố trong một giả

rất rộng từ 3000C - 11200C Mỗi điểm có một yêu cầu riêng do vậy, điều khiển nhiệt

độ ở đây rất phức tạp Ngoài ra việc đo nhiệt độ chính xác trong môi trường có độ bụi cao là rất khó khăn Điều này làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều khiển nhiệt độ

hệ thống lò nung

Lò nung được chia làm ba khu vực nhiệt độ đó là: oxi hoá - khử, nung, làm nguội Yêu

cầu công nghệ quan trọng là phải giữ được nhiệt độ và ngọn lửa nung ổn định khoảng 1120oC để quá trình tạo sứ được tốt Hàm lượng CO ở đầu lò phải thấp khoảng 0,2% hàm lượng ôxy được giữ ổn định trong khoảng 2%-4%

Nếu giả định chất lợng than gần như không đổi thì nhiệt độ ngọn lửa phụ thuộc vào các

yếu tố sau:

- Tốc độ cấp liệu gas vào lò

- Lượng không khí cấp vào lò

- Lượng khí hồi lưu

Khi vận hành bình thường, người ta thường giữ lượng không khí cấp vào lò cố định để

giữ cho ngọn lửa không đổi Lưu lượng được đặt tuỳ theo kiểu vòi đốt sử dụng Thông thường, lượng khí hồi lưu được điều khiển bằng hàm lượng ôxy tại đầu vào của lò Giá

trị của điểm đặt hàm lượng ôxy được chọn sao cho luôn luôn đảm bảo đủ ôxy để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu

K ẾT LUẬN

Lò nung gốm sứ sử dụng khí gas là loại lò nung công nghiệp, hiện đại với ưu điểm

giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm chi phí sản xuất, tiết kiệm thời gian nung, tỷ lệ thu hồi

sản phẩm sao và đặc biệt là giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Do thời gian tìm hiểu có giới hạn nên nội dung của tiểu luận chỉ là giới thiệu về cấu tạo

và nguyên lý hoạt động của lò, chưa đi sâu vào tính toán Vì vậy không tránh khỏi nhiểu thiếu sót

TÀI LI ỆU THAM KHẢO

1 Giáo trình công nghệ sản xuất gốm sứ - TS Nguyễn Văn Dũng , Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2005