Tổng quan sản xuất sứ vệ sinh ở việt nam và trên thế giới

Tình hình phát triển sản xuất sứ vệ sinh ở Việt Nam và trên thế giới Sứ vệ sinh là sản phẩm gốm xây dựng thuộc nhóm vật liệu xây dựng, được sử dụng để đảm bảo các chức năng nhất định tro

MỤC LỤC

1 Tình hình phát triển sản xuất sứ vệ sinh ở Việt Nam và trên thế giới 2

2 Công nghệ sản xuất sứ vệ sinh 4

2.1 Tính chất kỹ thuật 5

2.2 Quy trình sản xuất sứ vệ sinh 5

2.2.1 Nguyên liệu 5

2.2.2 Công đoạn gia công và chuẩn bị phối liệu 6

2.2.3 Công đoạn tạo hình 8

2.2.4 Công đọan sấy 9

2.2.4.1 Sấy tự nhiên 9

2.2.4.2 Sấy nhân tạo 10

2.3 Công đoạn tráng men 12

2.4 Công đoạn nung 12

2.4.1 Công nghệ lò con thoi 13

2.4.2 Công nghệ lò Tuynen 13

2.4.3 Lò thanh lăn 14

3 Nhiên liệu và hiệu quả sử dụng năng lượng trong sản xuất sứ vệ sinh 16

1 Tình hình phát triển sản xuất sứ vệ sinh ở Việt Nam và trên thế giới

Sứ vệ sinh là sản phẩm gốm xây dựng thuộc nhóm vật liệu xây dựng, được sử dụng để đảm bảo các chức năng nhất định trong công trình xây dựng Vì vậy khác với các loại gốm dân dụng, mỹ nghệ hay kỹ thuật, nó phải đáp ứng được những yêu cầu riêng Sứ vệ sinh là sản phẩm không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống và Thomas Crapper người Anh (1836 – 1910) được lịch sử ghi nhận là người đầu tiên giúp cải tiến và phát triển rộng rãi các sản phẩm sứ vệ sinh Công nghệ sản xuất ngày càng cải tiến nhằm hoàn thiện bề mặt sứ vệ sinh chống lại sự bám bẩn, tích tụ khuẩn như một cách tự làm sạch thiết bị, tiết kiệm nước… và được thiết kế với kiểu dáng phong phú

Sứ vệ sinh bao gồm nhiều chủng loại khác nhau như chậu rửa mặt, chân chậu,

xí xổm, xí bệt, tiểu treo… Ngành công nghiệp sứ vệ sinh tại các nước phát triển tập trung vào các sản phẩm chất lượng cao nên giá trị mỗi sản phẩm rất lớn Tuy nhiên công nghiệp sản xuất sứ vệ sinh ở các nước phát triển đang phải đối mặt với sự phát triển ngày càng tăng ở các nước đang phát triển mới nổi, do lợi thế về chi phí sản xuất thấp và các quy tắc về môi trường ít nghiêm ngặt hơn Sứ vệ sinh cũng là ngành hàng

có nhiều lợi thế về chi phí và cạnh tranh ở nước ta

Hình 1.1 Giá trị sản xuất gạch nung và gốm sứ tại Châu Âu qua các năm [2]

(Nguồn:

Tỷ

Euro

Hình 1.2 Lượng lao động trong công nghiệp sản xuất gạch nung và gốm sứ tại Châu Âu [2]

Bảng 1.1 Công suất các nhà máy sản xuất sứ vệ sinh ở nước ta [4]

Theo quyết định số 121/2008/QĐ TTg ngày 29/8/2008 của Thủ tướng Chính phủ, đưa ra định hướng về quy mô đầu tư, công nghệ khai thác, chế biến đất sét, cao lanh và fenspat cho sản xuất gốm sứ xây dựng và bảo vệ môi trường; định hướng quy hoạch phát triển sản xuất gạch ốp lát và sứ vệ sinh về đầu tư, công nghệ, chủng loại sản phẩm và xuất khẩu, đặc biệt đưa ra định mức tiêu thụ nhiên liệu và năng lượng đối với các cơ sở mới đầu tư công nghệ Theo quyết định, công nghệ sản xuất sứ vệ sinh hiện đại phải có khả năng đúc các sản phẩm có kích thước lớn với các tính năng sử dụng hiện đại, giảm tiếng ồn, giảm độ bám đính và tiết kiệm nước khi sử dụng; có khả năng sử dụng lớp phủ nano để nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm; đồng thời có mức tiêu hao nhiên liệu và năng lượng

2 Công nghệ sản xuất sứ vệ sinh

Sơ đồ dây chuyền sản xuất

Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất sứ vệ sinh

Các nguyên liệu (đất sét, fenpat…) Định lượng

Nghiền bi ướt Sàng rung, khử từ

Bể chứa điều chỉnh hồ

Bể ủ hồ Tạo hình đổ rót Sấy tự nhiên, sửa mộc Sấy nhân tạo Kiểm tra mộc Tráng men

Nung

Phân loại Gắn lắp phụ kiện và thử nghiệm

các tính chất

Thùng chứa

Sấy trước nung

Sàng rung khử từ

Thùng khuấy

Nghiền bi

Nguyên liệu chế

tạo men

PP

PP

PP

PP

PP

PP

Chế tạo khuôn

2.1 Tính chất kỹ thuật

Sứ vệ sinh thuộc hệ sứ mềm, có nhiệt độ nung trong khoảng 1200 – 1240 oC Thành phần T – Q – F của phối liệu trong phạm vi:

T = 30 ÷ 35%; Q = 20 ÷ 25%; T = 40 ÷ 45%;

Đặc điểm của sứ vệ sinh là sản phẩm có hình dạng phức tạp, thành mỏng, kích thước lớn…bao gồm nhiều chủng loại khác nhau như chậu rửa mặt, chân chậu, xí xổm, xí bệt, tiểu treo…

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của sứ vệ sinh

5 Hệ số giãn nở nhiệt α trong khoảng nhiệt độ

20 – 700 oC, 1/ oC

(5,5 – 6,5)10-6

2.2 Quy trình sản xuất sứ vệ sinh

2.2.1 Nguyên liệu

Nguyên liệu sản xuất xương sứ vệ sinh bao gồm đất sét, cao lanh, fenspat, thạch anh và các phụ gia khác Trong quá trình nung nguyên liệu dẻo (đất sét và cao lanh) là nguyên liệu chủ yếu Thạch anh và Fenspat là nguyên liệu gầy được đưa vào bài phối liệu với nhiều công dụng khác nhau Thạch anh có tác dụng giảm độ co khi sấy và cả khi nung sản phẩm, làm cho quá trình sấy nung nhanh hơn Tác dụng giảm co của thạch anh được thể hiện từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ nung cao nhất, chống biến dạng cho sản phẩm sau nung và tăng cường độ cho sản phẩm sau nung đến một giới hạn nhất định Fenspat cũng có tác dụng giảm độ co sấy của sản phẩm, tránh hiện tượng cong, vênh và nứt, mặt khác tạo điều kiện thoát ẩm tốt hơn nên sấy nhanh hơn So với nguyên liệu sét và thạch anh, fenspat có nhiệt độ nung thấp hơn nhiều Fenspat nóng chảy trong sản phẩm khi nung có tác dụng hoà tan các nguyên liệu khác để sản phẩm kết khối ở nhiệt độ thấp hơn, tạo điều kiện kết tinh mulit và chống biến dạng sản phẩm sau nung

Bảng 2.2 Thành phần hoá học của cao lanh và đất sét ở một số địa phương

Cao lanh Minh

Tân Hải, Hải

Dương

Đất sét Trúc Thôn,

Hải Dương

Đất sét Giếng Đáy,

Quảng Ninh

Đất sét Phú Bài

Huế

Bảng 2.3 Thành phần hoá học của nguyên liệu fenpat, %

Fenpat Phai Hạ, Yến

Bái

Men được phân loại theo phường pháp sản xuất chia làm 2 loại: men nguyên liệu và men frit Khi nung, phối liệu men biến mềm dần dần và không có nhiệt độ chảy xác định Nhiệt độ chảy dàn đều của men cần phù hợp với khoảng nhiệt độ nung của sản phẩm, độ nhớt của men phù hợp để men bám chặt vào xương

Men nguyên liệu là loại men được nghiền trực tiếp từ hỗn hợp các loại nguyên liệu và sau đó đem tráng lên sản phẩm, nguyên liệu dùng là cao lanh, đất sét, thạch anh, fenpat và các nguyên liệu phụ trợ khác như CaCO3, ZnO, BaCO3, ZrSiO4…

2.2.2 Công đoạn gia công và chuẩn bị phối liệu

Khâu chuẩn bị và gia công nguyên liệu phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu

và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Các khâu trong giai đoạn này bao gồm: nghiền bi ướt, sàng rung và khử từ, bể chứa điều chỉnh hồ và bể ủ hồ, đảm bảo cho mỗi nguyên liệu trong phối liệu có một thành phần khoáng hóa nhất định, độ sạch cần thiết, độ ẩm

và trạng thái vật lý thích hợp cho các công đoạn kỹ thuật tiếp theo

Sau khi tính toán phối liệu, các nguyên liệu được định lượng và nghiền trong máy nghiền bi ướt gián đoạn Cũng có thể dùng máy nghiền bi ướt liên tục để nghiền mịn, nhưng khi đó phải có hệ thống cân định lượng nguyên liệu liên tục và nguyên liệu phải có tính ổn định cao để đảm bảo các tính chất của phối liệu như đã dự định Sau khi nghiền, hỗn hợp hồ qua các công đoạn sàng rung, khử sắt này được xả vào bể chứa

để điều chỉnh hồ Từ bể chứa, hồ được được bơm sang bể ủ đồng nhất hồ phối liệu

Do đặc điểm hình dạng phức tạp của sứ vệ sinh nên nó được tạo hình bằng phương pháp đổ rót và nhiệm vụ của công đoạn gia công phối liệu là phải chế tạo được

hồ đổ rót có chất lượng đạt yêu cầu, đặc biệt về độ lưu động và độ sánh của hồ Yêu cầu cơ bản của hồ đổ rót:

- Lượng nước ít nhất để giảm thời gian đổ rót và thời gian sấy

- Độ linh động của hồ tốt nghĩa là độ nhớt của hồ bé để đảm bảo vận chuyển trong đường ống và đổ rót dễ

- Hồ phải bền: không có hiện tượng lắng, không keo tụ, không đóng sánh, độ nhớt hồ ổn định

- Tốc độ bám khuôn lớn

- Lượng chất điện giải bé nhất (chọn đúng chất điện giải tối ưu, hàm lượng hợp lý)

- Khả năng thoát khuôn dễ, ít khuyết tật như rỗ mặt…

Nghiền phối liệu được thực hiện bằng máy nghiền bi ướt gián đoạn

Kiểm tra hồ thường xuyên là một khâu quan trọng khi chuẩn bị hồ đổ rót Hồ đạt yêu cầu kỹ thuật phải có các thông số kỹ thuật sau:

+ Độ ẩm hồ: 30 ÷ 32%

+ Tỷ trọng hồ: 1,75 ÷ 1,78 g/cm3

+ Lượng sót sàng 63 μm: 1,8 ÷ 2,2%

+ Độ lưu động: 12 – 15 giây

+ Độ sánh: 2-2,5

Quy trình chế tạo men: Các nguyên liệu → Định lượng → Máy nghiền bi ướt

→ Kiểm tra → Thùng khuấy → Sàng rung lọc từ → Thùng chứa

Men được chế tạo ở một phân xưởng riêng với các thành phần nguyên liệu đưa vào làm men được lựa chọn kỹ càng và có độ tinh khiết cao Men cũng được nghiền bi theo phương pháp ướt, thời gian nghiền tuỳ thuộc vào từng loại men Kết thúc thời gian nghiền quy định, dừng máy và lấy mẫu men đi kiểm tra, nếu chưa đạt yêu cầu thì điều chỉnh và cho máy chạy tiếp, nếu đạt yêu cầu thì men từ máy nghiền bi được đưa

lên thùng chứa và khuấy men Từ thùng chứa chính, men được cho qua sàng rung và lọc từ rồi chứa vào các thùng chứa nhỏ đem đi tráng men

2.2.3 Công đoạn tạo hình

Yêu cầu chung với sản phẩm tạo hình phải có mật độ nhất định với mức độ đồng đều cao, có cường độ cơ học nhất định, không có các khuyết tật (vết nứt cấu trúc, nứt cạnh và bề mặt, tơi…) và không có ứng suất nội

Tùy theo hình dạng và chiều dày thành sản phẩm mà sứ vệ sinh được tạo thành bằng 2 phương pháp rót khuôn chính: phương pháp rót hồ thừa và phương pháp đổ đầy Do hình dạng sản phẩm phức tạp nên khuôn thạch cao dùng đổ rót lắp ghép từ nhiều mảnh

Khi đổ rót hồ vào khuôn thạch cao, do thạch cao có khả năng hút nước nên hồ chuyển động theo hướng thành khuôn bám vào khuôn thành lớp mỏng đều đặn và sít đặc, theo thời gian chiều dày lớp mộc tăng dần Thời gian hình thành lớp mộc (dày

9-11 mm) trong khuôn thạch cao bằng phương pháp đổ rót thủ công dao động trong khoảng 1,5 – 3 giờ

Nguyên liệu làm khuôn: phổ biến nhất người ta hay dùng khuôn thạch cao Trong thiên nhiên thạch cao tồn tại dưới dạng CaSO4.2H2O Thạch cao dùng để sản xuất khuôn là dạng thạch cao ngậm 0,5 phân tử nước (CaSO4.0,5H2O) Chế tạo thạch cao CaSO4.0,5H2O bằng cách sấy thạch cao tự nhiên ở nhiệt độ 170oC, khi trộn CaSO4.0,5H2O với một lượng nước thích hợp (thường từ 50-55% khối lượng) nó sẽ thực hiện phản ứng hydrat hoá (gọi là quá trình đóng rắn) tạo sản phẩm có cường độ

cơ học khá cao và độ xốp lớn Chú ý: khi nâng nhiệt độ lên khoảng 200-300oC thì CaSO4.0,5H2O chuyển thành dạng CaSO4 khan Hiện nay ngoài dùng thạch cao người

ta còn dùng nhựa nhân tạo polyester hay epoxy

Tạo hình sản phẩm được thực hiện bằng đổ rót thủ công, đổ rót trên các dây chuyền cơ khí và đổ rót dưới áp lực

Dây chuyền cơ khí để đổ rót sản phẩm (chậu rửa mặt, chậu xí) gồm các xe dạng khung hàn để đỡ khuôn thạch cao và chuyển động trên hai đường ray Dây chuyền hoạt động khép kín, gồm nhánh phía trên và nhánh bên dưới với tổng chiều dài khoảng 60-80m Việc nâng hạ xe mang khuôn giữa hai tầng được điều khiển bằng cơ cấu thủy lực Thời gian đảy xe ở hai nhánh từ 4-5 phút

Một trong các cách phân bố vị trí làm việc trên dây chuyền là ở nhánh phía trên

bố trí các khâu ghép khuôn, đổ rót hồ, lưu hồ trong khuôn và tách khuôn lấy sản phẩm

ra, còn nhánh bên dưới là sấy khuôn Tổng thời gian từ lúc đổ rót hồ vào khuôn đến lúc tách khuôn vào khoảng 5-7 giờ Năng suất tạo hình trên dây chuyền cơ khí đạt 200.000-220.000 sản phẩm/năm

Tạo hình đổ rót sứ vệ sinh dưới áp lực được thực hiện trên các băng đổ rót cố định Khi đổ rót, hồ duy trì ở áp lực 2-4 bar và đồng thời hút chân không khuôn thạch cao Bằng cách như vậy thời gian tạo mộc trong khuôn rút ngắn trên hai lần so với tạo hình thủ công Khuôn tạo hình dưới áp lực là loại thạch cao cường độ cao hoặc khuôn

từ nhựa tổng hợp

2.2.4 Công đọan sấy

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bốc hơi phần lượng nước có trong vật liệu Mục đích sấy sản phẩm là kết thúc thay đổi thể tích của sản phẩm do tách nước tạo hình, tạo cho sản phẩm có độ bền cơ học cần thiết để xếp vào lò nung mà không bị biến dạng, ngăn chặn các hiện tượng nứt, nổ sản phẩm do việc bốc hơi nước ồ ạt ở giai đoạn đầu của khâu nung

Sau khi tách khuôn, sản phẩm tạo hình với độ ẩm 19-21% được sấy sơ bộ (tự nhiên hay phòng sấy) đến độ ẩm 15-17% và tiến hành gắn ráp chi tiết, sửa mộc Tiếp theo đưa sản phẩm vào các lò sấy để sấy khô

Đặc điểm của sản phẩm sứ vệ sinh là có các hàm rỗng bên trong dạng phức tạp

và tường với độ dày mỏng khá chênh lệch tại các phần khác nhau Do vậy, nếu tác nhân sấy không khí nóng không tiếp xúc tốt với toàn bộ bề mặt của sản phẩm khi sấy thì sẽ dần đến chênh lệch độ ẩm quá mực giữa các thành phần và gây nên biến dạng, nứt sản phẩm Cần tránh phế phẩm khi sấy cần có biện pháp tăng cường đối lưu của tác nhân sấy, cần chọn các thông số tác nhân sấy phù hợp với từng giai đoạn nhiệt độ sấy sản phẩm và bằng cách như vậy tạo được một chế độ sấy an toàn nhưng nhanh

Yêu cầu chung đối với lò sấy là:

1 Tốc độ sấy lớn nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng vật liệu sấy

2 Tiêu tốn nhiệt năng và điện năng lên 1 kg hơi ẩm bốc hơi nhỏ nhất

3 Sấy đồng đều theo toàn bộ thể tích lò sấy

4 Lượng hơi ẩm bốc hơi từ 1m3 thể tích lò sấy lớn nhất

5 Dễ điều chỉnh các thông số tác nhân sấy

6 Cơ khí hoá được việc xếp, dỡ và vận chuyển sản phẩm

7 Có các thiết bị kiểm tra và thoả mãn tiêu chuẩn vệ sinh

Quy trình sấy sản phẩm trong sản xuất diễn ra theo hai giai đoạn:

2.2.4.1 Sấy tự nhiên

Sấy tự nhiên thực hiện tại các nhà phơi đảo với tác nhân sấy là không khí tự nhiên Mái nhà phới đảo được lợp bằng các vật liệu trong suốt như kính, nhựa nhằm tận dụng nằng lượng mặt trời xuyên qua, không khí trong nhà phơi có thể đối lưu được

nhờ quạt gió Để tận dụng nhiệt tổn thất của lò nung ra môi trường và không gian, một

số nhà máy xếp các sản phẩm sứ vệ sinh xung quanh thành lò hoặc ở trên mặt lò

2.2.4.2 Sấy nhân tạo

Tùy thuộc vào các diễn biến xảy ra trong sản phẩm sấy mà quá trình sấy phân

ra thành 3 giai đoạn với 3 chế độ sấy khác nhau :

* Giai đoạn sấy thứ nhất

Đặc điểm của giai đoạn này là sản phẩm được đốt nóng đến một nhiệt độ nhất định và nước bắt đầu bốc hơi Trong sản phẩm tồn tại nhiều kênh dẫn lớn và nước co ngót di chuyển ra ngoài, bốc hơi mạnh từ bề mặt sản phẩm Tốc độ sấy tăng nhanh, độ giảm thể tích ở giai đoạn sấy đầu tiên hoàn toàn tỷ lệ thuận với lượng nước bốc hơi Cường độ thoát ẩm cực đại kết thúc vào thời điểm có sự cân bằng giữa lượng nhiệt dùng bốc hơi nước và nhiệt dùng đốt nóng sản phẩm

* Giai đoạn sấy thứ hai

Giai đoạn này được đặc trưng bởi tốc độ sấy không đổi Nhiệt độ trên bề mặt sản phẩm sấy hầu như không thay đổi, lượng nhiệt chủ yếu dùng để bốc hơi nước, lượng ẩm thoát ra hầu như tỷ lệ thuận với thời gian Nước bốc hơi trên bề mặt sản phẩm chấm dứt khi lượng nước co ngót được tách hết Trong giai đoạn hai sản phẩm

co chậm do hệ thống mao quản, lỗ xốp tạo bới các hạt nguyên liệu tiếp xúc nhau dần dần được ổn định, nước chứa trong lỗ xốp và mao quản tiếp tục bốc hơi Tốc độ sấy ở cuối giai đoạn hai không phụ thuộc vào tốc độ bay hơi nước trên bề mặt sản phẩm mà phụ thuộc vào tốc độ dịch chuyển hơi nước từ bên trong ra bên ngoài Về cuối giai đoạn hai sản phẩm sấy ngừng co rút và có một cường độ cơ học tương đối Cường độ thoát ẩm giảm giai đoạn hai kết thúc, tổng lượng nước bốc hơi ở hai giai đoạn sấy thứ nhất và sấy thứ hai chiếm gần nửa lượng nước ban đầu trong sản phẩm sấy

* Giai đoạn sấy thứ ba:

Đặc trưng của giai đoạn ba là tốc độ sấy giảm xuống, tiêu tốn nhiệt dùng để bốc hơi nước giảm xuống và dùng đốt nóng sản phẩm tăng lên Trong giai đoạn này chỉ còn nước lỗ xốp, mao quản và nước hấp phụ tiếp tục tách ra mà không làm thay đổi thể tích của sản phẩm Bề mặt bốc hơi nước ngày càng dịch chuyển sâu vào bên trong Hiện tượng nứt và cong vênh hầu như không xảy ra và có thể tiến hành sấy nhanh Lúc ngừng sấy, có trạng thái cân bằng giữa áp suất hơi bão hòa trên bề mặt sản phẩm sấy

và áp suất riêng phần của chất tải nhiệt, nghĩa là độ ẩm đạt đến một giá trị cân bằng Trong thực tế sản xuất sấy thường được ngừng sớm hơn trước lúc đạt đến độ ẩm cân bằng, nghĩa là độ ẩm của đa số sản phẩm gốm sứ sau sấy khoảng 1-3%