3. TÉGLA- ÉS CSERÉPIPARI TERMÉKEK GYÁRTÁSA

- 62 -

3. TÉGLA- ÉS CSERÉPIPARI TERMÉKEK GYÁRTÁSA 3.1. Tégla- és cserépipari alapanyagok A kerámiaipar* egyik legfontosabb alapanyaga az agyag, melynek – a felhasználás szempontjából – a legjellemzőbb sajátossága, hogy vízzel összegyúrva képlékennyé válik, jól formázható, és a kiformázott termék az alakját szárítás és égetés után is megtartja. Égetés következtében kemény, kőszerű anyaggá válik. A durvakerámiai termékek méret és alak tekintetében igen sokfélék lehetnek, néhány jellegzetes kialakításuk a 3.1. ábrán látható. a.

e.

b.

c.

d.

f. g.

h.

3.1. ábra. Durvakerámia ipari termékek a./ égetett tömör, ill. pillér tégla, b./ kevés lyukú égetett agyagtégla, c./ kézi falazóblokk, d./ vázkerámia blokk, e./ válaszfaltégla, f./ födém-béléstest, g./ hódfarkú tetőcserép, h./ ikerfüles hornyolt tetőcserép A téglaagyagok olyan színesre égő, 1150 - 1400 oC-on olvadó, többnyire üledékes kőzetek, amelyek felépítésében az agyagásványok mellett a kvarc, földpát, kalcit, dolomit, és kis mennyiségben egyéb ásványok is részt vesznek. Az agyagásványok rétegrács szerkezetű, alumínium-hidroxid-szilikátok, melyek 2 µm-nél kisebb méretű lemez, pálcika, vagy tű alakú agyagásvány kristályokból épülnek fel. A tégla- és cserépagyagokat felépítő agyagásványok a kaolinit, az illit, a montmorillonit, és a klorit. Az agyagban – a szemcsék mérete szerint – négy jellegzetes szemcsecsoport különböztethető meg [3]: − A homok frakciót a 0,2 - 2,0 mm méretű finomhomok alkotja, mely főleg kvarcból és földpátból áll. A tégla és cserép alapanyagában nem lehet 2 mm-nél nagyobb szemcséjű durvahomok, mivel az, az égetés során térfogat növekedéssel járó átalakulást szenved, és ezért a termék megrepedezik. − A kőzetliszt a 20 - 200 µm közötti szemcseméretű, nagyrészt kvarcból és földpátból álló frakció. Kis mennyiségben agyagásványokat is tartalmaz. − Az iszap frakciót a 2 - 20 µm közötti szemcsék alkotják. − Az agyag frakció a 2 µm-nél kisebb méretű, többnyire már csak agyagásványokat tartalmazó szemcsék halmaza. Az agyagok képlékenysége annál nagyobb, minél több ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * A kerámiaipar termékeit a gyártási technológia, és a felhasználási terület alapján két csoportba szokás sorolni: durvakerámiának nevezik a tégla- és cserépipari termékeket, míg finomkerámiának az építési kerámiát (csempe, szaniterárúk, stb.), a háztartási kerámiát (porcelán edények, díszműárúk, stb.) és a műszaki kerámiát (szigetelő porcelán, őrlőtestek, köszörűkorong, stb.).

- 63 agyagásványt (és ezeken belül minét több montmorillonitot) tartalmaz, valamint azok minél nagyobb mennyisége található a legkisebb szemcseméretű tartományban. Az agyagásványok – minőségüktől és mennyiségüktől függően – növelik a téglamassza képlékenységét, a kiégetett termék testsűrűségét, szilárdságát, fagyállóságát, ugyanakkor csökkentik vízfelvevő képességét. A kvarc soványító-anyagként hat, és mint ilyen, csökkenti a massza képlékenységét, és a tégla, vagy a cserép szilárdságát, de ugyanakkor javítja a termék száradási tulajdonságait. Kiegészítő anyagok: − Téglagyártásnál a hő- és párafizikai tulajdonságok javítása érdekében az alapanyaghoz olyan segédanyagokat is adagolnak, amely az égetés során – pórusokat hátrahagyva – kiégnek a termékből. E célra korábban polisztirol gyöngyöt használtak, de az utóbbi években a gyárak többsége átállt a környezetet kevésbé károsító fűrészporra (vagy a különböző magok, pl. napraforgó-, rizs-héjra). − Cserépgyártásnál csak a tervezett színtől függően, fémsókat tartalmazó színezőanyagokra lehet szükség. A tégla és cserép színét elsősorban az alapanyagok vegyi összetétele határozza meg, de függ az égetés hőmérsékletétől is. A vas-oxid tartalmú összetevők 900 oC-on rózsaszínűre, ill. pirosasra égnek, majd a hőmérséklet növekedésével egyre sötétebb színűvé válnak. A márgás összetételű agyagok a magasabb hőmérsékleteken sárgás színűre égnek. A különböző falazóelemek és tetőcserepek jellemzőit szabványok rögzítik. Ezekben előírják az egyes termékfajták méreteit, azok tűrését, valamint az osztályba sorolásuktól függően a nyomószilárdság (ill. tetőcserepeknél és válaszfal elemeknél a törőerő) átlagos, ill. megengedett legkisebb értékét, a hővezetési tényezőt, üreges elemeknél a fajlagos üregtérfogatot, stb. A téglaipari termékek szilárdsága elsősorban a nyersanyag agyagásvány-tartalmától, és szemszerkezeti összetételétől függ, de a gyártás körülményei és ezen belül az égetési hőmérséklet is befolyásolhatja azt. A legnagyobb szilárdságú termékek olyan mészszegény agyagból készülnek, melyek agyagásvány tartalma legalább 40 - 50 %, és az illit mellett nagyobb mennyiségű montmorillonitot is tartalmaz.

3.2. Tégla- és cserépgyártás technológiái A gyakorlatban alkalmazott technológiákat általában a formázási eljárások szerint szokás csoportosítani, így megkülönböztetünk száraz, és nedves eljárást. A két legjellemzőbb gyártási technológiájában alkalmazott legfontosabb gépi berendezések megnevezései, és azok kapcsolatai a 3.2. ábrán láthatók. A gyártási módszerek közül a legtöbb esetben a nedves (ill. a félnedves) eljárást alkalmazzák, elsősorban az alapanyagok időjárástól függő, viszonylagosan magas természetes nedvességtartalma miatt. Az alapanyagok előkészítésében meghatározó tényező, hogy tégla- és cserépgyárakat az üzemek túlnyomó többségében a nyersanyag lelőhely közvetlen közelébe telepítik. A bányák üzemeltetését, a nyersanyag kitermelését sok esetben ugyanaz a cég végzi, ezért rendkívül szoros a kapcsolat az alapanyag előfordulásának helye és ásványi összetétele, a bánya kialakítása, a gyártott termék minősége valamint a gyártás gazdaságossága között. A téglagyárak telepítésekor a hosszú távú nyersanyagvagyon biztosítása érdekében az adott területen – hálózatos kiosztásban – részletes feltáró fúrásokat végeznek. Ezek során a különböző rétegekből kapott minták minősítésekor a nyersanyag ásványi összetételének vizsgálata mellett, az anyagból formázott próbatest kerámia-technológiai jellemzőinek meghatározására is sor kerül.

- 64 -

NYERSANYAG KITERMELÉS

SZÁRAZ ELJÁRÁS

NEDVES (FÉLNEDVES) ELJÁRÁS

dobszárító

fogazott henger

dezintegrátor

sima henger

fogazott henger

görgőjárat

osztályozógép

osztályozógép

bolygólapátos keverőgép

vízszintes tengelyű keverőgép

sajtók

sajtók

mechanikus

hidraulikus

szárítás

formázás

nyersanyag előkészítése

kalapácsos törőgép

forgóasztalos

csiga

kamrás szárító

szán

revolver

csatorna szárító

alagút szárító

égetés

alagútkemence körkemence

alagútkemence

minősítés

3.2. ábra. Tégla- és cserépgyártás technológiai berendezései A nyersanyag vizsgálatok közül a minősítés szempontjából a legfontosabbak: az ásványi és a szemszerkezeti összetétel; földalkáli-karbonát tartalom; szennyezőanyag mennyiség; és a képlékenység meghatározása. A termék vizsgálatokhoz előírt finomságú őrleményt készítenek, majd abból kézi, vagy gépi formázással próbadarabokat készítenek. Ezeket szárítás és kiégetés után megvizsgálják, a megmunkálási és formázási víztartalom; lineáris zsugorodás; hajlítószilárdság; testsűrűség; vízfelvevő képesség; száradási érzékenység szempontjából. A téglaipari agyagok bányászatánál két művelési mód terjedt el: − frontfejtés, amelynél egy vagy több szinten a széles – esetleg több száz méteres – homlokfalat vízszintes irányban termelik ki, − kazettás, vagy táblás fejtésnél a bányát szektorokra osztják, és az egyes táblákat vékony rétegenként függőleges irányban mélyítik ki. A kitermelés gépeit a bánya földtani adottságaihoz és a művelési módhoz kell megválasztani. Az agyagbányákban leggyakrabban a vedersoros-, vagy az egykanalas kotrógépeket használják. A kitermelt nyersanyagot általában szállítószalaggal, vagy nagyobb távolságok esetén keskeny vágányú vasúttal, vagy billenőplatós gépkocsival szállítják.

- 65 A téglagyárak gyártási folyamatában a legjellegzetesebb eltérések – a formázás mellett – a szárítási és égetési rendszerben, ill. ezek kapcsolatában vannak. Eszerint csoportosítva szakaszos, vagy folyamatos üzemű gyártásról beszélhetünk. A folyamatos üzemű gyártás a szárítás és az égetés anyagmozgató rendszere alapján egy-, vagy kétkörös lehet, attól függően, hogy a két folyamat kiszolgálását azonos, vagy két különálló szállító rendszer látja-e el. a.

2

3

b.

1

1

4

8

4

9

5

6

7

c. 1

10

11 6

10

7

3.3. ábra. Téglagyártás technológiai rendszerei a./ gyorsszárítós üzem, b./ csatornaszárítós üzem, c./ alagútszárítós üzem. 1. formázógép, 2. gyorsszárító, 3. szállítópálya, 4. átrakógép, 5. kemencekocsi, 6. alagútkemence*, 7. leszedőgép, 8. szárítókocsi, 9. csatornaszárító, 10. univerzális szállítókocsi, 11. alagútszárító.

A gyorsszárítós üzem (3.3./a. ábra) kétféle, rendszerében is eltérő szállítópályával rendelkezik. A megformázott, nyers termékek először egy – az adott elem méretéhez igazodó – himbatálcás szállítópályára (3) kerülnek, amelyről automatikus leszedőgép (4) veszi le az egyes termékeket, és rakja át a kiszárított téglákat az alagútkemencét (6) kiszolgáló kemencekocsikra (5), amely már rakatban viszi tovább. A gyorsszárítós üzem előnye, hogy a gyártás teljesen automatizálható, és más rendszerekhez képest a szárítás időigénye, és helyszükséglete is kisebb. Hátránya, hogy a himbatálcás szállítópályát a termék típustól függően kell kialakítani, ezért az ilyen technológiával dolgozó téglagyárakban a termékváltás nehézségeket okoz. A csatornaszárítós üzemek (3.3/b. ábra) is kétkörös rendszerűek. Az elkészített nyers terméket kocsikra rakva (8) kerülnek szárítócsatornába (lásd még: 3.2.3. fejezet), majd átrakás után az alagútkemencét kiszolgáló kemencekocsira (5). Mivel mindkét szállítási körben kocsikra (8, 5) rakva mozgatják a termékeket, az ilyen szárító rendszerrel kialakított gyárakban egyszerűbben megoldható a termékváltás, mint a gyorsszárítós üzemeknél. Az előző két módszerrel szemben az alagútszárítós technológia (3.3/c. ábra) egykörös anyagmozgató rendszerrel dolgozik. Emiatt nincs szükség a nyers termék átrakási műveletére, és mivel a szárítóból kikerülő meleg termék közvetlenül a kemencébe kerül, ezért az üzem fajlagos hőfogyasztása is kedvezőbb a kétkörös rendszerekéhez képest. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * A gyorsszárítós és a csatornaszárítós technológiához ugyanolyan rendszerű alagútkemence tartozhat, ezért az nincs mindkét típusnál külön kirajzolva.

- 66 3.2.1. Nyersanyag előkészítés A nyersanyag előkészítés célja a megfelelő finomságú, egyenletes minőségű és a formázáshoz kedvező plasztikusságú keverék előállítása. Az agyag előkészítési folyamatához a következő technológiai műveleteket tartoznak: − − − − −

tárolás; aprítás; szennyezőanyagok kiválasztása; nedvességtartalom csökkentése; keverés és homogenizálás.

Az agyag tárolásának célja egyrészt a folyamatos gyártáshoz szükséges készletek létrehozása, másrészt a változó minőségű nyersanyagok minőségi ingadozásainak csökkentése. Ezt általában azzal érik el, hogy a tárolóból az anyagot a betárolt rétegekre merőlegesen hordják ki, és ezzel az anyag előhomogenizálását is elvégzik. a.

b.

c.

4

3

6

8 9

1

10

5 2

7

3.4. ábra. Agyagtároló típusok a./ keresztkotrású tároló, b./ hosszkotrású tároló, c./ hengeres tároló 1. keresztkotrású felszedőgép, 2. vedersoros kotró, 3, 4, 6. behordó szállítószalagok, 5. hosszkotrású felszedőgép, 7. vezetőoszlop, 8. elosztó szalag, 9. forgómozgású vedersor, 10. kihordó szalag.

A különböző – rendszerint fedett – agyagtárolók kialakítását (3.4. ábra) többnyire a be- és kitárolást végző anyagmozgató gépek határozzák meg. Az alapanyag tárolók az üzem és az agyagbánya kapacitásától, és a szállítási körülményektől függően 1 000 - 10 000 m3 alapanyag befogadására alkalmasak. Az agyag aprítására használható berendezések az alapanyag szilárdsági jellemzői mellett, annak nedvességtartalmától is függ. A tömött szerkezetű agyagok és agyagpalák aprítására pofás törőgépeket, kalapácsos malmokat és röpítő törőket alkalmaznak. A kevésbé kemény, laza szerkezetű agyagokat – mivel azok víztartalma rendszerint nagy – görgőjáratokban, vagy hengeres malmokban nedves őrléssel aprítják a kívánt méretre. (A téglagyártásnál a porozitás növelésére szolgáló kiegészítő anyagokat rendszerint együtt őrlik az ásványi anyagokkal.) Durvakerámiai nyersanyagoknak őrlési finomsága Termék

3.1. táblázat.

Őrlési finomság, [mm]

tömör és vastag falú üreges tégla

max. 3

cserép vékony falú, üreges termék mészkővel szennyezett alapanyag

max. 2 0,6 – 1,5 0,3 – 0,5

- 67 A tégla és a cserép gyártásakor felhasznált nyersanyagok őrlési finomságát az utolsó aprítási fokozatban használt berendezés résnyílásával jellemzik. A megkívánt őrlési finomság (lásd. 3.1. táblázat) elsősorban a készítendő termék típusától függ (minél vékonyabb falú a termék, annál finomabb őrlést kell alkalmazni), ugyanakkor az elérhető értékét az alapanyag szennyezettségének mértéke is befolyásolja. A durvakerámia gyártásához felhasznált nyersanyagokban leggyakrabban előforduló szenynyezőanyagok a különböző kőzetek (mészkő, márga, pirit, homokkő, dolomit és kvarckavics, stb.), a növényi maradványok és a bányaművelés során az bekerülő fémes anyagok. A szennyezők leválasztását az aprítás előtt csak korlátozott mértékben lehet elvégezni, ezért az aprításkor a szennyezőanyagok egy része (elsősorban a kőzetdarabok) is őrlésre kerülnek. Ezek hatástalanítása vagy finomőrléssel, vagy szűrő-keverőkkel, ill. agyagtisztító présekkel végezhető el. Az agyagtisztító prés egy olyan csigaprés (lásd. a 3.2.2. fejezetben), amelynek perforált, és szűrőlemezzel burkolt préshengerén keresztül sugárirányban távozik el az agyag, míg a résnyílásnál nagyobb méretű szennyezők tengely irányban előrehaladva a szájnyílásnál kialakított ürítőfejben gyűlnek össze, ahonnan időszakosan eltávolítják azt. A kitermelt agyag nedvességtartalma sok esetben magasabb, mint az adott formázási módhoz megengedett érték. A szükséges nedvességtartalom beállítására alapvetően kétféle megoldást alkalmazhatnak: − Száraz anyag hozzákeverése, elkülönítve tárolt alapanyag (agyag, homok) silókból. − Az alapanyag mesterséges szárítása, melyre vagy egyedi szárítóberendezéseket (forgódobos, vagy szalagos szárítók) alkalmaznak, vagy más technológiai műveletek (pl. őrlés, keverés) során szárítják is az anyagot. Az alapanyag minél egyenletesebb minőségének biztosítására a homogenizálást több lépésben végzik, kezdve az agyagtárolókban végzett elő-homogenizálástól a csigaprésekben elvégzett keverési folyamatig. Keverőgépként rendszerint vízszintes tengelyű berendezéseket használnak, de jelentős homogenizáló hatásuk az őrlő-berendezéseknek, az agyagtisztítóknak és a csigaprésnek is. Adagolóként is többnyire olyan berendezéseket alkalmaznak, melyek az adagolási funkció mellett az egyenletesebb minőséget is elősegítik. Ilyen például a 3.5. ábrán bemutatott szekrényes adagoló, mellyel egyidejűleg többféle alapanyag is feladható az állítható tolólemezek (3) által meghatározott arányban. Az ürítőnyílás elé, ill. a tárolótér belsejébe elhelyezett kaparókarokkal felszerelt forgóadagolók (4, 5) egyrészt az anyagáramlást segítik, másrészt az összeálló agyagrögöket is fellazítják. 2

3

1

4

3

4

5

1. szállítószalag 2. adagolószekrény 3. tolólemezek 4. kaparókaros forgóadagoló (más néven: motolla) 5. ürítőnyílás

3.5. ábra. Szekrényes adagoló

3.2.2. Termék formázása A nedves és félnedves formázás eszközei közül a téglagyártásra rendszerint csigasajtókat (vákuumpréseket) használnak, míg a cserép gépi formázásához a csigaprések mellett szán- és revolversajtók is alkalmazhatók. A nedves és félnedves formázásnál használt csiga-

- 68 prések között működési elv, vagy szerkezet szempontjából lényeges eltérés nincs, de a félnedves gyártáshoz csak megerősített kivitelű, és nagyobb teljesítményű berendezések használhatók. A massza nedvességtartalmának csökkentése hatására ugyanis a csigasajtóban megnő a nyomás, ezért növekszik a szerkezet igénybevétele és teljesítmény-igénye is. A félnedves formázáshoz használt agyag kisebb víztartalma miatt a szárítási folyamat hőenergia igénye lényegesen kisebb, mint a nedves eljárásnál. Előnye az is, hogy a sajtóból kikerülő nyerstermék szilárdsága nagyobb, ezért azokból – minden közbenső átrakás nélkül – rakat képezhető. Mindez leegyszerűsíti a szárítás és az égetés anyagmozgató rendszerét, mivel a nyerstégla közvetlenül felrakható az alagútkemencét kiszolgáló szállítókocsikra. Hátránya viszont, hogy erre a gyártási technológiára nem minden agyagféleség alkalmas, az alapanyag bányanedvesség tartalma nem haladhatja meg a 18 %-ot, emellett az agyag sem túlzottan képlékeny („zsíros″), sem túl „sovány" sem lehet. A száraz formázást viszonylag ritkán alkalmazzák, mivel az alapanyagok bányanedvessége rendszerint meghaladja az ehhez az eljáráshoz szükséges 6 - 12 %-ot. Emiatt az alapanyagokat szárítani is kell, ami lényegesen megnöveli a gyártási költségeket. A száraz formázásra hidraulikus sajtókat, forgattyús mechanizmussal hajtott, vagy forgóasztalos sajtókat használnak (lásd: 4.2.2. fejezet). A csigasajtóval végzett formázásnál a gépbe beadagolt, már előkészített és homogenizált agyag haladó-forgó mozgást végezve előrehalad, miközben a sajtoló nyomás hatására tömörödik. Az idomok alakját és méretét a sajtóra szerelt szájnyílás, és a szájnyílás elé helyezett, automatikusan működő vágóasztal adja meg. Ezzel a módszerrel különböző formájú tömör és üreges téglák csak nedves formázással gyárthatók, mivel a gép legalább 20 - 30 % nedvességtartalmú nyersanyagot igényel. A vákuumsajtó egy légtelenítő kamrával ellátott csigasajtó, amelyben 12 - 18 % nedvességtartalmú nyersanyag is formázható, ezért félnedves formázással készülő, nagy üregtérfogatú (40 - 70 %), vékony falú vázkerámia elemek sajtolására is használható. Vákuumozással az agyag levegőtartalmának 96 - 98 %-a eltávolítható, és a légtelenítéskor a levegővel együtt a víz 1 - 2 %-a is eltávozik. A vákuumsajtóval készült termék külső és vágófelülete is simább, és mind a nyers-, mind a végleges szilárdsága – a nagyobb testsűrűség következtében – kb. 5 - 10 %-kal nagyobb, mint a vákuumozás nélkül gyártott terméké. 3

4

5

6

9

8 10

1

11

15

19

2

12

13

12

7

14

17

16

18

3.6. ábra. Vákuumprés szerkezeti kialakítása 1. ékszíjhajtás, 2. súrlódótárcsás tengelykapcsoló, 3. fogaskerekes hajtómű, 4. feladó garat, 5. vízszintes tengelyű keverő, 6. keverőlapát, 7. csigaprés, 8. szabályozóbetét, 9. kúpos hüvely, 10. aprítókés, 11. vákuumkamra, 12. fogasgyűrűs tengelykapcsoló, 13. tengely, 14. csigatengely, 15. préscsiga (fejcsiga), 16. préshenger, 17. préshenger betét, 18. présfej, 19. szájnyílás felfogó lapja.

A vákuumsajtók szerkezetére jellemző, hogy rendszerint kombinált kialakításúak, vagyis a sajtó az agyagkeverővel egy egységet képez. A 3.6. ábrán bemutatott berendezésnél a két

- 69 gépegység ugyanarról a motorról, ékszíjjal hajtják. A fordulatszám megváltoztatása az ékszíjtárcsák (1) cseréjével oldható meg, és mivel a hajtás közös, a két tengely (5 és 13), fordulatszámának aránya állandó. A keverőtengely lapátozása (6) az anyagot nemcsak homogenizálja, hanem továbbítja is az előtömörítését végző, kétbekezdésű, kúpos csigához (7). A vákuumkamra (11) keverőgép oldali zárását a kúpos csigával kipréselt anyag biztosítja, ezért a kiáramló keresztmetszetet csavarokkal kívülről állítható szabályozóbetéttel (8) és a tengelyen lévő kúpos hüvellyel (9) lehet beszabályozni. A keverőtengelyre felszerelt forgó aprítókés (10) az elősajtolt masszát feldarabolja a préscsiga terének jobb kitöltése érdekében. A vákuumozott térbe lehulló agyag a belső kúpos bordázattal (17) ellátott préshengerbe (16) kerül, ahol a préscsiga (15) továbbítja a présfej (18) szájnyílása felé. A visszaáramlás megakadályozására a préscsiga előrehajló lapátozással készül. A présfej (18) keresztmetszete fokozatosan csökken és eközben alakja is változik, körből közel téglalap alakúra. A présfej homloklapjára (19) felszerelt a cserélhető „szájnyílás″, határozza meg a csigából kilépő agyagszalag (és ezzel együtt a termék) keresztmetszetét. A szájnyílás alakját úgy alakítják ki, hogy a kiáramló agyagszalag minden keresztmetszete azonos sebességgel lépjen ki abból, mert ilyen esetben nem alakulhat ki a terméken belül olyan feszültségkülönbség, ami a megrepedezését okozhatja. Üreges termékek gyártásához használt szájnyílásoknál (3.7. ábra) az üregképző magok (2) tartószárait (3) soronként egy-egy (a présfejbe benyúló) összekötő hídba (4) fogják be. Mivel ezek a hidak – átmenetileg – átvágják a kiáramló anyagszalagot, a termék megfelelő minőségét biztosító állandó kilépési sebesség függ a híd keresztmetszetétől, alakjától és elhelyezésétől is.

1 5

3

4

2

3.7. ábra. Cserélhető szájnyílás kialakítása 1. felfogó talp, 2. üregképző mag, 3. magszár, 4. híd, 5. csigatengely.

A tégla, valamint a cserép gyártásra használatos csigaprések elsősorban csak a szájnyílásuk alakjában térnek el egymástól. A csigapréssel közvetlenül elkészíthető, egyszerűbb alakú tetőcserepeket a gyártási mód alapján szalagcserépnek is szokás nevezni, szemben a bonyolultabb keresztmetszetű ú.n. sajtolt cserepekkel, melyeket a csigaprésből kilépő állandó keresztmetszetű anyagszalag méretre darabolása után, egyedi sajtolással készítenek. A szalagcserepeken lévő, a tetőlécekre való felfüggesztést szolgáló füleket a következő módon formázzák ki. A présgép szájnyílását úgy képezik ki, hogy a berendezésből kilépő agyagszalag teljes hosszában egy borda is kialakuljon. Ebből még a darabolás előtt egy automata levágó berendezés hasítja ki a felesleges anyagot. A vákuumpréssel megformázott agyagszalagból a termék hosszának méretre vágását mechanikus, elektromos, vagy pneumatikus vezérlésű levágó-automatákkal végzik. Ezek – a gép kialakításától függően – egy időben vagy egy (pl. kaszás automata), vagy egyszerre több darabot (pl. sokhúros vágóautomata) képesek méretre vágni. Darabolásra – vágóelemként – rendszerint 0,8 - 1,6 mm átmérőjű, rugóacélból készített húrt használnak. A pontos méretre vágás feltétele, hogy a húr az agyaghasáb haladási síkjára mindig merőlegesen mozduljon el, ezért vágás közben a vágóelem az agyagszalaggal azonos sebességgel halad előre. A levágógép vezérlését úgy alakítják ki, hogy a vágás üteme mindenkor feleljen meg a csigaprésből kiáramló anyag sebességének, valamint az adott termékhez szükséges darabolási hossznak. Az egyedi vágásra alkalmas „kaszás automata” a vágóhúr íves pályán való elmozdulásáról kapta az elnevezését. A mechanikus rendszerű berendezéseknél az agyagszalag sebes-

- 70 ségét az azon végiggördülő filccel borított mérőhenger méri, és vezérli mind a haladó, mind a vágó mozgást. A mérőhenger egy-egy fordulata alatt – az áttételeknek megfelelően – az automata több vágást végez. A vágási hossz a mérőhenger átmérőjével változtatható. A sokhúros automaták alkalmazásához a csigaprésből kilépő agyagszalagot – előzetesen – több elem méretének megfelelő hosszúságú részekre darabolják. Ezeket keresztirányba fordítva ráhelyezik egy vágóasztalra, ahol vagy az agyaghasábot, vagy a húrsort mozgatva végzik el a méretre vágást. A sajtolt cserépgyártás jellegzetes berendezései a forgódobos revolverprések, melyeknél a rögzített alsó formára helyezett, méretre vágott nyerslemezt a sajtolási síkra merőlegesen mozgó felső forma alakítja ki. A sajtolás szakaszos művelete azzal válik folyamatossá, hogy az alsó formákat egy ütemesen elforduló hat-, vagy nyolcszögletű dob lapjaira rögzítik. A 3.8. ábrán bemutatott mechanikus hajtású, egyszerű revolverprést villamos motorról ékszíjhajtással (1) fogaskerék áttételen (2) keresztül hajtják. A gép öntöttvas vázszerkezetében (3) csapágyazott nyolcszögletű forgódob (8) tengelyének (7) szakaszos mozgatását a sajtolófej tengelyét (11) forgató fogaskerék oldallapján elhelyezett görgő (6) végzi. A dob tengelyére rögzített forgató tárcsából (4) kinyúló 8 darab mozgatókar (5) minden sajtolási művelet után az osztásnak megfelelően továbbforgatja a dobot. a.

b. 2

1 15

15

c. 2 16

12

6

12 13 17 16 11

6

14 10

14

6

18

19

10

4

7 3

8

9

5

7

5

9

8

3.8. ábra. Forgódobos revolverprés működési vázlata a./ szerkezeti kialakítás, b./ nyitott helyzet (vázszerkezet nélkül), c./ sajtolás. 1. ékszíjtárcsa, 2. fogaskerék áttétel, 3. vázszerkezet, 4. forgató tárcsa, 5. mozgatókar, 6. görgő, 7. dobtengely, 8. forgódob, 9. alsó forma, 10. felső forma, 11. sajtolófej tengely, 12. sajtoló excenter, 13. visszahúzó excenter, 14. görgő, 15. visszahúzó görgő, 16. vezető-keret, 17. fogaskerék (leszedő berendezés vezérléséhez), 18. formázatlan nyerslemez, 19. elkészült termék.

Az excenterekkel mozgatott sajtolófej függőleges irányú mozgását öntöttvas vezetőkeret (16) biztosítja. A sajtolófej tengelyre (11) egymás mellé vannak felékelve a sajtoló mozgást vezérlő (12), és a visszahúzást végző excenterek (13). A préselő erőt görgő (14) adja át a préselőfejnek, amelyen helyezik el a cserép felső profilját kialakító formát (10). Az ábrán látható revolversajtó ú.n. túlfolyásos módszerrel működik, ami azt jelenti, hogy az előadagolt formázatlan nyerslemez (18) kiinduló mérete nagyobb, mint ami a forma teljes ki-

- 71 töltéséhez szükséges. Emiatt a sajtolás utolsó fázisában az anyagfelesleg a forma határolóélein kívülre kerül, majd azt a termék méretnek megfelelően kialakított vágóélek levágják. Az elkészült nyers terméket (19) a présfej visszahúzása közben, a dob elfordulása után leszedő berendezés távolítja el a formából. A leszedő berendezés vezérlését a sajtolófej tengelyére rögzített fogaskerék (17) segítségével végzik. A sajtolt cserép minősége a formázandó nyerslemez nedvességtartalmától, a sajtolási nyomástól és annak sebességétől, valamint a forma kialakításától függ. A formákat gipszből, vagy gumibélésű műanyagból készítik. A gipszforma előnye, hogy az alapanyag nedvességtartalmának egy részét felveszi, és ezért kisebb sajtolónyomással is elérhető a nyerstermék kiszedéséhez szükséges szilárdsági határérték. Hátránya, hogy szilárdságuk és tartósságuk viszonylag kicsi, ezért csak kisebb teljesítményű berendezéseknél alkalmazhatók. A szánprést (3.9. ábra) többnyire bonyolultabb alakú cserepek (pl. gerinccserép) gyártására használják. Ezeknél az alsó forma feleket (5) egy függőleges vezetőoszlop (3) körül elforgatható asztalon (4), míg a felsőt a gép vázszerkezetén kialakított présfejen (2) helyezik el. a.

b.

1 8

2 5

5

5

5

3

4

6

8

6 7

3

4

9

7

9

3.9. ábra. Szánprés működési vázlata 1. vázszerkezet, 2. felső forma, 3. vezetőoszlop, 4. forgóasztal, 5. alsó forma, 6. formázatlan nyerslemez, 7. présasztal, 8. elkészült termék, 9. vezetőcsap.

Sajtoláskor a forgóasztal alatt elhelyezett présasztal (7) függőleges mozgása során először kiemeli az alsó formafelet, majd azt a présfejhez szorítva kialakítja a cserép profilját. Eközben a korábban legyártott terméket (8) az alsó formafél kibillentésével (3.9/a. ábra) kiemelik a formából, és elhelyezik benne a következő formázatlan nyerslemezt (6). A formázás után az asztal visszatér eredeti helyzetébe, majd a forgóasztalt 180 o-kal elforgatva a nyerslemez a présfej alá kerül, és elkezdődhet a következő munkaciklus. 3.2.3. Szárítás és szárító berendezések A nedves, ill. félnedves formázással gyártott agyag alapanyagú tégla- és cserépipari termékeket az égetés előtt ki kell szárítani. A kiformázott nyers termékben a víz többféleképpen van jelen [2]: − A szerkezeti víz (kémiailag kötött víz), melynek eltávozásával az agyagásvány felbomlik. − A rétegközi víz alatt az agyagásványok rétegei közé behatolt vizet értjük. − Az adszorpciós víz az agyagszemcséket körülvevő egy, vagy néhány molekula vastagságú vízréteg. Mennyisége legfeljebb 1 tömeg%. − Pórusvíz az egymással érintkező szemek közti teret tölti ki, mennyisége 6 - 10 tömeg%. − A megmunkálási víz az adott formázási eljáráshoz szükséges víz-igény. A megmunkálási víz növeli a termék pórustartalmát, mennyisége 10 - 40 tömeg%. A szárítással a megmunkálási, a pórus- és az adszorpciós vizet távolítják el. Először a megmunkálási víz távozik el, mely folyamat nagymértékű vízleadással és a termék jelentős

- 72 zsugorodásával jár. A pórusvíz távozásakor a vízleadáshoz képest csökken a zsugorodás, míg az adszorpciós víz leadásakor tovább már nem zsugorodik az anyag. Túlságosan gyors ütemű szárításnál a nyers kerámia külső felületén, és a belsejében eltérő lesz a nedvességtartalom, ezért egyenlőtlen mértékben zsugorodik az anyag. Ennek következtében kialakuló felületi húzófeszültség felszíni repedéseket okozhat. Ezért a terméket csak olyan ütemben szabad szárítani, hogy kéregrepedések ne keletkezhessenek. A klasszikus téglagyártásnál a nyers terméket hézagosan máglyákba rakva szabadtéri szárítószínekben szárítják. Hátránya, hogy ezzel a módszerrel folyamatos gyártás nem alakítható ki, nagy a szárítás helyigénye, ugyanakkor költségigénye viszonylag kicsi. A mesterséges szárítók sokféle változata ismert. Üzemmódjuk szerint szakaszos, vagy folyamatos üzemeltetésűek lehetnek. A mesterséges szárítók kezdetben egyszeres légbevezetésűek voltak, de ezek rossz hőhasznosítása miatt napjainkban többnyire a többszörös légbevezetést alkalmazzák. Ez azt jelenti, hogy a szárító levegőt ismételt felmelegítés és nedvességtartalmának visszaállítása után visszavezetik a szárítótérbe (recirkulációs szárítás). A légbevezetést rendszerint ritmikusan, vagy periodikusan végzik, ugyanis a száradó tégla rövid idejű intenzív párolgást is képes károsodás nélkül elviselni, ha azt elegendően hosszú szünet követ, mely alatt a test belsejéből a kapilláris vízáramlás pótolni tudja a felületről elpárolgott nedvességet. Ilyen célra forgó-keverő ventillátorokat (rotomixair), vagy újabban ütemesen változtatható befúvású berendezéseket használnak. A szakaszos üzemű szárítók (kamrás szárítók) két, vagy több egymáshoz épített szárítókamrából állnak, melyek hosszanti folyosóiban polcos tárolóállványokon helyezik el a szárítandó terméket. A be- ás kirakodást emelőkaros szállítókocsival, vagy mozgatható állványrendszerrel végzik. A szárítókamrák általában vegyes fűtésűek, és a kamrákban lévő radiátorok mellett külső meleglevegő bevezetéssel is ellátottak. A légbevezetés és a levegő áramoltatása szempontjából többféle megoldást alkalmaznak, melyek közül három, hazánkban is üzemelő típust mutat a 3.10. ábra. 3

a. 2

4

b.

6

10 7

5

c.

4

6

8

9 4

9

1 1

11

1

12

3.10. ábra. Szakaszos üzemű (kamrás) szárító berendezések a./ recirkulációs szárítókamra, b./ ikerventillátoros szárítókamra, c./ szellőzőkocsis szárítókamra. 1. tárolóállvány, 2. álmennyezet, 3. billenőcső, ventillátorral, 4. meleglevegő-csatorna, 5. nedveslevegő elvezető csatorna, 6. recirkulációs csatorna, 7. ventillátor, 8. lamellás terelőzsaluk, 9. kürtő, 10. lamellás szabályozózsalu, 11. kamraajtó, 12. szellőzőkocsi.

A recirkulációs szárítókamrákra (3.10/a. ábra) jellemző, hogy a szárítást először külső légbevezetés nélkül, a belső radiátorok lassú felmelegítésével kezdik. Ekkor még mindhárom levegőcsatorna (4, 5, 6) le van zárva. Ezután a termékből elpárolgó vízgőzzel telített levegőt a nedves-levegő csatorna (5) fokozatos nyitásával kivezetik, miközben arányosan kinyitják a meleglevegő csatornát (4) is. A kivezetett telített levegő a recirkulációs csatornába kerül, ahonnan friss meleg levegővel összekeverve vezetik vissza a kamrába.

- 73 Az egyes csatornák programozott nyitásával, ill. zárásával elérhető, hogy a szárítást a nyerstermék mindenkori állapotának megfelelő hőmérsékletű és páratartalmú levegő befúvásával végezzék (részletesebben: 3.2.5. fejezetben). A légbevezető csatornák alatt elhelyezett háromállású, axiális ventillátor (3) helyzetének szakaszos billentésével a levegő áramlási iránya – a minél egyenletesebb szárítás érdekében – ciklikusan változtatható. A 3.10/b. ábrán bemutatott ikerventillátoros szárítókamránál a beépített ventillátorok (7) forgásirányának szakaszos megváltoztatásával, valamint az állítható terelő- (8) és szabályozózsaluk (10) nyitásával és zárásával érik el a szárítási folyamatnak megfelelő belső légáramlást. A nedves levegő egy része a kamrák alján elhelyezett nyílásokon (5) és a kürtőn (9) keresztül távozik, a másik része felfelé áramlik, és az a befúvott friss levegővel keveredve a ventillátor terébe kerül, ahonnan ismét visszajut a rakományok közé. Ennél a szárító berendezésnél tehát belső cirkulációs rendszert valósítanak meg. A szellőzőkocsis szárítókamrában (3.10/c. ábra) a két rakománysor között ventillátorokkal (3 - 5 db) ellátott szellőzőkocsi (12) sínpályán előre-hátra mozog, és ezzel biztosítja a szárítási folyamat igényeinek megfelelő légáramlást. A ki- és bevezető nyílások számát és méretét ennél a rendszernél is általában úgy választják meg, hogy a nedves levegő csak részben távozzon el a kürtőn, így itt is belső cirkuláció alakul ki. A szakaszos üzemű szárítási mód legnagyobb előnye, hogy a szárítási folyamat a kamrák megtöltése után függetlenné válik a nyerstermék gyártási folyamatától, így az utóbbiban jelentkező esetleges üzemzavarok a már legyártott termékek minőségét nem befolyásolhatják. A folyamatos üzemű szárítókban a kocsikon elhelyezett nyers kerámia előrehaladása közben mindig a szárítottsági fokának legmegfelelőbb klímájú (hőfok, páratartalom) szárítótérbe kerül. A kamra hossza és a kocsik haladási sebessége a termék alakjától, méreteitől és a pórusszerkezetétől függ. A levegő bevezetését általában a termék mozgásával ellentétes irányban, tehát ellenáramban végzik. a.

6

2

1

3

b. 1

4 11 7

9

5 12 8 10

5

4

3.11. ábra. Csatornaszárítós rendszer a./ elrendezési vázlat, b./ betároló tolópad működési vázlata. 1. szárítókocsi, 2. beszállító pálya, 3. köteles vonszoló, 4, 8. keresztpálya, 5. betároló tolópad, 6. szárítócsatornák, 7. kitároló tolópad, 9. hidraulikus munkahenger, 10. sínpálya, 11. visszagurulás gátló, 12. rugó.

A 3.11. ábrán bemutatott elrendezésű csatornaszárítónál először a beszállító pálya (2) alatti köteles vonszoló berendezés (3) egy betároló tolópadra (5) továbbítja a megrakott szárítókocsikat (1). Ezután a kerekeken mozgó tolópad a keresztirányú pályán (4) a soron következő szárítócsatorna (6) elejére viszi a kocsit. A betároló tolópadról (3.11/b. ábra) a rakományt hidraulikus munkahenger (9) továbbítja a szárítócsatornába. A henger dugattyúrúdjára erősí-

- 74 tett billentőbütyök két ütemben tolja le a kocsit. A két mozgási ütem közti holtidőben a szárítócsatorna elején elhelyezett rugós visszagurulás gátló (11) rögzíti a kocsikat. A kocsiknak a csatornában való továbbítását is a betároló tolópad végzi, ugyanis a csatornában a kocsik egymásra támaszkodva haladnak előre. Ehhez a szárítócsatornákba való beés kiszállítást úgy kell ütemezni, hogy egy-egy újabb kocsi betolásakor a kitároló tolópad (7) üresen, az adott szárítócsatorna végén tartózkodjon. A kitároló tolópad keresztirányú pályán (8) mozogva juttatja el a kiszárított terméket a szárítóalagút kijáratához, ahonnan a kocsik egy újabb vonszoló berendezésre, majd arról átrakógéppel a kemencekocsikra kerülnek. A kitároló tolópadnál a kocsik leadását vagy a szállítókocsik aljára szorított dörzskerekes hajtással, vagy – a betároló tolópadéhoz hasonlóan – hidraulikus hengerekkel oldják meg. 3.2.4. Égetés és égetőkemencék A kerámiák végleges tulajdonságai az égetés során alakulnak ki. Az égetés közben létrejövő vegyi átalakulások, és a hozzájuk tartozó hőmérséklet határok alapján az égetési folyamat több szakaszra bontható: − Az utószárítási szakaszban (120 oC-ig) kémiai változás még nem történik, csak a szárítási folyamat fejeződik be. − Az előmelegítési szakasz elején (120 - 400 oC) az anyag elveszti képlékenységét, többé már nem formázható. 300 - 400 oC-on kezdenek el átalakulni a víztartalmú vasvegyületek vörös színű vas-oxiddá. Ezt követően a hőmérséklet növekedésével a vasoxid reakcióba lép a többi összetevővel, és vas-szilikátok, valamint vas-mész-szilikátok keletkeznek. 600 oC körül térfogat növekedéssel járó kvarc átalakulás következik be. − Az égetési szakasz kezdetén (700 - 950 oC) az alapanyagban lévő mészkő egyrészt égetett mésszé alakul, másrészt vegyületeket képez az agyag többi alkotóival. Az égetést azon a hőmérsékleten fejezik be, amelynél a termék fizikai tulajdonságai már nem változnak, sőt e hőfok nagyobb túllépésekor a fizikai jellemzők romlani kezdenek. Az égetési hőmérséklet függ a nyersanyag összetételétől, így pl. a mészszegény téglamassza már 950 - 1000 oC-on a kívánt tömörségűre égethető, míg meszes alapanyagok égetéséhez 1100 oC fölötti hőmérséklet szükséges.

40

40

30

30

20

20

10

10

Porozitás, %

Szilárdság, MPa

Az égetés előrehaladtával a nyerstermék fizikai tulajdonságai folyamatosan változnak. A szilárdsági jellemzők (3.12. ábra) megközelítőleg 600 oC-tól intenzív növekedést mutatnak, és hasonló jelleggel változik a termék zsugorodása is. A termék porozitása a zsugorodás növekedésével – természetszerűen – csökken. JELÖLÉS: Szilárdság debreceni agyag kőszegi agyag Porozitás debreceni agyag 200

400

600

800

1000

1200

kőszegi agyag

o

Hőmérséklet, C

3.12. ábra. Az égetés hőmérsékletének hatása az agyag minőségétől függően − A durvakerámiai termékek égetőkemencéinek hűtési szakasza a hűtés sebessége alapján két részre osztható. A folyamat elején (kb. 700 oC-ig) a termékek viszonylag gyorsan lehűthetők, majd a 600 - 400 oC tartományban – a termékben maradó szabad kvarc nagymértékű zsugorodása miatt – kisebb hűtési sebesség szükséges. A hűtőzónában a terméket 100 oC alatti hőmérsékletre hűtik le.

- 75 A durvakerámiai termékek égetésére leggyakrabban folyamatos üzemű alagútkemencéket alkalmaznak, de néhány, kis kapacitású téglagyárban még a szakaszos üzemű körkemencék is megtalálhatók. A folyamatos üzemű berendezések előnye a kisebb fajlagos energiaigény, a nagyobb termelékenység, valamint az egész égetési folyamat magasabb szintű automatizálhatósága. A kisebb fajlagos energiaigény azzal érhető el, hogy a hűtőzónában felmelegedett levegőt részben az égetőfejekhez, másrészt az előmelegítési zónába vezetik. A szakaszos üzemű körkemence kör-, vagy ellipszis alakú égetőtere belül kamrákra van felosztva, és minden kamrához tartozik egy-egy ki-, ill. behordó nyílás. A nyílásokat a behordás után befalazzák, majd a felülről, zárható tüzelőnyílásokon bejuttatott tüzelőanyag égetése folyamatosan halad körbe az egyes szakaszokon. Pl. egy 18 kamrás kemencében a különböző égetési fázisok a következők szerint oszlanak meg: az ürítés és a nyers tégla kirakása 3 kamrában, a szárítás 4 kamrában, az előmelegítés 3 kamrában, az égetés 3 kamrában és a hűtés pedig egyidejűleg 5 kamrában folyik. Egy-egy kamra megtöltése, és a kész termék kihordása közti időtartam 140 - 250 óra. A folyamatos üzemű alagútkemencében a tűztér állandó, és az égetendő anyag halad végig a kemencén tűzálló anyaggal bélelt kocsikon. A kemence hossza (40 - 240 m) a gyártandó mennyiség mellett a termék méretétől, és anyagának minőségétől is függ. A kemencehosszt a termék anyagának minőségi jellemzői közül elsősorban a lehűtési érzékenység befolyásolja. A hűtőzóna általában a kemencehossz 40 - 50 %-át teszi ki. Az alagútkemence (3.13. ábra) elején a hideg levegő beáramlását kettős zsilipkamra (2) akadályozza meg. Egyes típusoknál a kemence végén, a hűtőzónát is zsilipkamra választja el a külső tértől. A tűzálló anyagból készült falazatot kívülről hőszigetelő burkolattal látják el. A kemence hosszirányú hőmozgása miatt a falazatot dilatációs hézagok szakítják meg. A keresztirányú mozgást az alagút falazata mentén végigfutó acéltartók, és az azokat összekötő, állítható hosszúságú vonórudak veszik fel. Az előmelegítési és a hűtési zónában az egyenletes hőeloszlást füstgáz- ill. hűtőlevegő elszívó (4, 8) és keringtető (5, 9) ventillátorokkal biztosítják. A kemencekocsik állandó haladási sebességét az egyes zónák hosszától, valamint az adott termékre megengedhető hőmérséklet változás mértékétől függően határozzák meg. A 1

2

4

5

C

B 6

7

8

3

9

1 10

3.13. ábra. Alagútkemence elrendezési vázlata A. előmelegítő zóna, B. égetőzóna, C. hűtőzóna 1. szállítókocsi, 2. zsilipkamra, 3. kemence falazat, 4. füstgáz elszívó ventillátor, 5. füstgáz keringtető ventillátor, 6. elszívó csővezeték, 7. égetőnyílások, 8. hűtőlevegő elszívó ventillátor, 9. hűtőlevegő keringtető ventillátor, 10. hűtőlevegő befúvó ventillátor.

A kemencekocsik (3.14. ábra) pályája alatt a kemence teljes hosszában végigfutó járóalagutat (2) alakítanak ki, amely ellenőrzésre, és az üzemzavarok elhárítására szolgál. Az alagút és a kemence terének szétválasztását az oldalfalak mentén kiképzett homokzárral (6), és az abban mozgó – a szállítókocsik oldaláról lelógó – szoknyalemezekkel (5) oldják meg. Az égetéshez szükséges tüzelőanyagot a boltozaton (7), vagy az oldalfalakon kialakított tüzelőnyílásokon keresztül juttatják el az égőfejekhez. A felső-, vagy oldaltüzelés kiválasztását a tüzelőanyag típusa valamint a kemencecsatorna alakja figyelembe vételével, a legkedvezőbb hőeloszlásra törekedve határozzák meg.

- 76 -

A felhasznált tüzelőanyag szerint az alagútkemencék szén-, olaj- és gáztüzelésűek lehetnek. Az utóbbi időben a széntüzelésű kemencéket egyre inkább felváltották a földgázüzemű berendezések. A hőátadási mód alapján a tégla- és cserépipari kemencék szinte kivétel nélkül közvetlen fűtésűek. Az olajtüzelésű kemencéknél rendszerint impulzuségőket használnak, melyekből szakaszosan (adagokban) távozik a finom cseppekre porlasztott tüzelőanyag. A láng hossza a porlasztáskor keletkezett olajcseppek áramlási sebességétől és méretétől függ. A nagyobb olajcseppek hosszabb, a kisebbek rövidebb lángot eredményeznek. A cseppek mértékét az olajnyomással, azt viszont az olaj hőmérsékletével, az olajadagoló szállításával, vagy a fúvókák nyílásával lehet szabályozni.

7

4

1 5 3 6

2

3.14. ábra. Alagútkemence metszete 1. falazat, 2. járóalagút, 3. kemencekocsi, 4. termék, 5. szoknyalemez, 6. homokzár, 7. tüzelőnyílások

Az impulzuségők dugattyús, vagy szelepes kivitelűek lehetnek. A dugattyús olajégőknél az adagolást mechanikus (3.15/a. ábra), elektromágneses, vagy (leggyakrabban) hidraulikus működtetéssel oldják meg. Az impulzusonként beadagolt olajmennyiség a lökethosszal szabályozható, és az egyes égők a befecskendezést – az impulzusszabályozó rendszerétől függően – vagy egyidejűleg, vagy időeltolással végzik. a.

2

b.

c.

5

d. 8

9 3

6

10

8

9

12

10

1

1

11 7 4

4

4

4

3.15. ábra. Égetőfejek jellemző típusai a./ dugattyús, mechanikus működtetésű olajégő, b./ pneumatikus, szelepes olajégő, c./ előkeveréses (injektoros) gázégő, d./ utókeveréses gázégő 1. olaj bevezetés, 2. forgattyús hajtás, 3. dugattyú, 4. fúvóka, 5. membrán, 6. pneumatikus működtetés légvezetéke, 7. adagolószelep, 8. gáz bevezetés, 9. gázvezeték nyitó-záró szelepe, 10. levegő bevezetés, 11. gázfúvóka, 12. primer levegő nyitó-záró szelepe.

A szelepes olajégők pneumatikus (3.15/b. ábra), hidraulikus vagy elektromágneses rendszerűek lehetnek. Ezeknél a beadagolt olajmennyiség a nyitási idővel, ill. az impulzusszámmal változtatható. Az olajgázégőknél az olajat, és az égéshez szükséges levegő egy részét már az égőfejben összekeverik, ezért a kemencébe befecskendezett gázszerű olaj+levegő keverék kedvezőbb hatásfokkal ég el, mint az egyszerű gázégőknél. Az olajgázégőkre jellemző, hogy a kemencébe bejutó olajgáz-sugár sebessége igen nagy (80 - 120 m/s), aminek következtében hosszú és egyenletes hőeloszlású láng keletkezik. A láng hossza az égőhöz vezetett levegő mennyiségével szabályozható. A gáztüzelésű kemencék többségénél a láng nem érintkezik közvetlenül a rakománnyal, hanem a gáz a téglamáglyák között szabadon hagyott térben, vagy oldalégőknél az e célra kialakított égetőkamrában ég el, így a terméket csak a forró égéstermékek hevítik. A gázégők a levegő hozzávezetéstől függően elő-, utókeveréses vagy színgázégők lehetnek.

- 77 Az előkeveréses égőknél (3.15/c. ábra) a gáz (9) és a levegő (10) egy része – vagy teljes mennyisége – még a kiömlőnyílás előtt egy külön keverőtérben elegyednek. Az un. injektoros égőknél a levegő beszívását a gázfúvókából (11) kiáramló nagysebességű gázsugár szívóhatása idézi elő. Az utókeveréses égőknél (3.15/d. ábra) a gáz és a kényszeráramlású levegő csak az égetőtérben keveredik. A primer levegőt az égetőfejen keresztül vezetik be (12), míg a szekunder levegőt a kemencetér biztosítja. A színgázégőknél a fűtőgáz – külön levegő bevezetés nélkül – közvetlenül a tűztérbe ömlik, ahol a kemencetér levegőjével összekeveredve ég el. 3.2.5. Tégla- és cserépipari mérő- és szabályozó berendezések A folyamatos üzemű tégla- és cserépgyárakban a teljes gyártási folyamat automatizált, és a korszerű üzemek számítógépes irányító- és szabályozó berendezésekkel is fel vannak szerelve. A szabályozó berendezések szempontjából a tégla- és cserépgyártás sajátos feladatai: − a massza képlékenységének mérése és szabályozása − szárítási folyamat paramétereinek mérése és szabályozása − égetőkemencék munkafolyamatának szabályozása A formázás legfontosabb paramétere a képlékenység, amelyet az alapanyaghoz hozzáadott víz mennyiségével állítanák be a kívánt értékre. A megmunkáláshoz szükséges vizet két lépésben adagolják az alapanyagokhoz. Az első lépésben az anyag-előkészítő gépsor elején az ú.n. alapvizet adják a keverékhez, rendszerint szabályozatlanul, ± 2 tömeg%-nál nagyobb pontossággal. A kívánt képlékenységet a korrekciós vízzel állítják be, amit vagy a présgép előtt, vagy magában a présgépben adják az anyaghoz, víz vagy gőz formában. A megfelelő formázhatóság érdekében a korrekciós vizet legalább ± 1 tömeg% pontossággal kell adagolni, mely követelményt csak a képlékenység automatikus szabályozásával lehet kielégíteni. Erre többféle érzékelési megoldás alkalmazható: − a présgépből kikerülő agyagszalag képlékenységének folyamatos, vagy mintavételes érzékelése; − az agyag keverését végző berendezés áram-, vagy teljesítmény-felvételének ill. a képlékenységgel összefüggő egyéb jellemzőjének folyamatos érzékelése; − az agyag nedvességtartalmával összefüggő elektromos vezető képesség, hővezető képesség, permittivitás, vagy a sugárzást elnyelő képesség változásának érzékelése. A gyakorlatban használatos érzékelők nagyobb része még az első két csoportba sorolható. A harmadikként említett módszerek közül néhány eljárást (elektromos vezető képesség, ill. a hővezető képesség változás mérése) a korszerű berendezések már alkalmaznak, míg mások bevezetése kísérleti fázisban van. Az alapagyag képlékenységének folyamatos mérésére szolgáló érzékelő működési elvét mutatja a 3.16/a. ábra. Ennél a megoldásnál a mérőelem egy rugóerő terhelésű görgő (1), amely az alatta elhaladó agyagszalag képlékenységétől függően belemélyed a masszába. A görgő vezetőrudazatának végére egy differenciál-transzformátor (3) vasmagja (4) van felerősítve, amely együtt mozdul el a görgővel. A differenciál-transzformátor U1 állandó tápfeszültsége esetén, a kimenő feszültség (U2) a görgő x bemélyedésével, azaz a képlékenységgel arányos. A korrekciós víz mennyiségének szabályozását az érzékelőtől kapott elektromos jel, és a kívánt víztartalomhoz tartozó alapjel összehasonlításával végzik. A 3.16/b. ábrán látható rendszernél a mérőtű (7) a motoros hajtású emelő mechanizmus (8, 9) segítségével ütemesen mélyed be a présgépből (5) kikerülő masszába. A mérőtű rúdjá-

- 78 nak elmozdulását foto-elektromos átalakító (10) érzékeli. Ennek digitális jele adattároló regiszterbe (12) kerül, ahonnan kijelző műszerre (13) viszik, ill. ezt a jelet használják a korrekciós víz adagolásának szabályozására. Az érzékelő által szolgáltatott U ( t ) kimenő jel ugyanis, a mintavételezési időnek, ill. a fotoelektromos átalakító felbontóképességének megfelelően követi a mérőtű bemélyedésének, azaz az agyagszalag képlékenységének változását. a.

b.

U2 = f ( x )

U1

12

10

3 4

U(t)

9

11

2 6

1

2

5

x

5

x

13

8 7

1. görgő 2. rugó 3. transzformátor 4. vasmag 5. présgép 6. agyagszalag 7. mérőtű 8. emelő görgő 9. motor 10. fotoelektromos átalakító 11. kapcsoló 12. adattároló 13. kijelző

3.16. ábra. Képlékenység érzékelők működési elve a./ folyamatos működésű, b./ mintavételezéses (digitális érzékelő) A 3.17. ábrán látható képlékenység szabályozó rendszer működése azon alapul, hogy egy adott keverékmennyiség esetén, a keverőgép áramfelvétele fordítottan arányos a keverék képlékenységével. A szabályozáshoz szükséges mérőjelet a főkapcsoló (4) után, a hajtómotor (2) tápvezetékébe beépített áramváltó (3) szolgáltatja. A mérőkörben elhelyezett késleltető egység (5) a motor indításakor fellépő áramcsúcs zavaró hatását küszöböli ki, azáltal, hogy az indítás idejére rövidre zárja az áramváltó szekunder kapcsait. A szekunder áram hőcsatoló (6) fűtőellenállásán folyik keresztül, így annak hőmérséklete a képlékenység változásának megfelelően növekszik, vagy csökken. A hőmérsékletet egy hőelem (6) érzékeli, és a mért jelet mérő-átalakító (7) szabályozására alkalmas áramjellé alakítja át. Ez a jel a háromállású szabályozó egység (8) bemenetére hat. A kimeneten kapott jellel vezérlik a vízadagoló elektromágnes szelepét (10), amely növeli ill. csökkenti az agyaghoz hozzáadott víz mennyiségét. 4

10 6

5

7

R

U

8

9

1

I

3

2

3.17. ábra. Képlékenység szabályozása a keverőgép motor áramfelvétele alapján 1. keverőgép, 2. villamos motor, 3. áramváltó, 4. motor főkapcsoló, 5. késleltető egység, 6. hőcsatoló egység, 7. mérő-átalakító, 8. szabályozó egység, 9. vízcső, 10. elektromágnes szelep.

A 3.17. ábrán bemutatott szabályozókörrel motoros szelepek is működtethetők, de akkor a háromállású szabályozó helyett folytonos szabályzót kell a rendszerbe beépíteni. Motoros szelepek esetén a mágnesszelepekhez képest kedvezőbb vízadagolási pontosság érhető el. A szárítás közben végbemenő fizikai és kémiai folyamatok elsősorban a száradó termék vízleadásának sebességétől függenek. Az ipari szárító-berendezésekben a vízleadási sebes-

- 79 séget a következő tényezők határozzák meg: − − − −

a szárítólevegő hőmérséklete; a szárítólevegő relatív páratartalma; a szárítandó testtel időegység alatt érintkező levegő mennyisége; a szárítandó termék anyagának minősége, alakja és hőmérséklete.

A szárítási folyamat irányításában érzékelőként hőmérséklet-, légnedvesség-, levegőmennyiség- és zsugorodás-érzékelőket alkalmaznak. A szárítótér, ill. a termék hőmérsékletének érzékelésére rendszerint ellenállás-hőmérőket használnak. 1. légáramlás iránya 2. mérőszonda 3. nedves hőmérő 4. száraz hőmérő 5, 6. mérőhíd 7. erősítő 8. szervomotor

6

1

6

5

-

4

3

U

+

2

8

3.18. ábra. Pszichrométer működési elve

7

M

~

A légnedvesség mérésének jellegzetes műszere az ú.n. pszichrométer (3.18. ábra), melyet a légáramban úgy helyeznek el, hogy a légáram a mérőszondán (2) áramoljon keresztül. A mérőszondába két ellenállás-hőmérő (3, 4) vagy termisztor van beépítve, melyek közül az egyiket – vízzel átitatott gyapotburkolattal – állandóan nedvesen tartanak (nedves hőmérő), míg a másik (száraz hőmérő) közvetlenül méri az áramló levegő hőmérsékletét. A nedves hőmérő az áramló levegő tényleges hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékletet érzékel, mivel a mérendő levegő páratartalma mindig kisebb, mint a nedvesen tartott hőmérő környezetében, ezért onnan vizet von el, ami hőmérséklet csökkenéssel jár. A száraz és nedves hőmérőket mérőhídba kapcsolják, melynek kiegyenlítését a híd átlójában elhelyezett ellenállás (5) csúszkájának mozgatásával szervomotor (8) végzi. Ez adja a mérőjelet a szárító levegő páratartalmának szabályozására szolgáló rendszernek. PI 7

M 7

M

13

M

M

5

4

14

8 4

3

15 3

16

1

M

12

M PI

2

10

9

6

11

M

17

3.19. ábra. Kamrás szárító szabályozó rendszere 1. szárítókamra, 2. rakat, 3. forró levegő csatorna, 4. recirkulációs csatorna, 5. hideg levegő kivezető csatorna, 6. ventillátor, 7. csatorna nyitó-záró motorok, 8. mágneskapcsoló, 9. hőérzékelő, 10. páratartalom érzékelő, 11. gőz bevezető cső, 12. szelep mozgató motor, 13. páratartalom szabályozó, 14. páratartalom programadó, 15. programkapcsoló, 16. hőfok programadó, 17. hőfok szabályozó.

- 80 A tégla- és cserépgyártás szárítási folyamatának irányításában alkalmazott végrehajtó szervek többfélék (elektromotoros, pneumatikus vagy hidraulikus) lehetnek, de leggyakrabban elektromotorokat alkalmaznak. A recirkulációs rendszerű, kamrás szárító irányítási folyamatának egyik lehetséges megoldását a 3.19. ábra mutatja. Ez a rendszer kétféle paraméter (hőmérséklet és páratartalom) alapján szabályozza a szárítási folyamatot, az egyes légellátó csatornák (3, 4, 5) nyitásával, ill. lezárásával. A szárítási folyamat különböző fázisainak eltérő hőmérséklet és páratartalom igényét az adott kerámiára előzetesen meghatározzák. Ezek szolgáltatják az alapjeleket (14 és 16) a pillanatnyilag mért (9 és 10) légállapot jellemzők összehasonlítására, és annak alapján a szárítási folyamat paramétereinek (13 és 17) beállítására. A folyamatos üzemű alagútkemencék munkafolyamatának szabályozásában a különböző zónák (előmelegítő, égető és hűtő) megfelelő hőmérsékletének, valamint a kemence nyomás- és huzatviszonyainak biztosítása a feladat. A hőmérsékletet az égőfejekhez juttatott tüzelőanyag mennyiségével, a légáramlást (nyomáskülönbség érzékelők jelének segítségével) a füstáramba helyezett csappantyúk nyitásával, ill. zárásával állítják be az előzetesen felvett alapjeleknek megfelelően (lásd még: 4.2.5. fejezet).

- 81 -

4. FINOMKERÁMIA TERMÉKEK ELŐÁLLÍTÁSA A finomkerámia-ipar termékei igen sokféle lehetnek, a felhasználási területüknek megfelelően, az alábbiak szerint rendszerezhetők: − építési kerámiák: − falburkoló csempék − padlóburkoló lapok − egészségügyi (szaniter) kerámiák − külső burkolólapok − háztartási kerámiák: − porcelán díszmű − porcelán edény − fajansz edény − majolika − műszaki kerámiák: − nagy- és kisfeszültségű porcelán szigetelők − őrlőtestek − ellenállástestek − csiszoló, köszörülő és vágószerszámok − elektronikai kerámiák − égetési kerámiák A felsoroltak közül csak az építési kerámiák tartoznak az építőanyagipari termékek közé, ezért a továbbiakban csak ezek alapanyagaival, gyártási technológiájával, és jellegzetes gépi berendezéseivel foglalkozunk.

4.1. Finomkerámiák nyersanyagai A finomkerámiák alapanyagait általában aszerint csoportosítják, hogy azok vízzel összekeverve képlékeny állapotba hozhatók-e. Ebből a szempontból a finomkerámiák kétféle típusú nyersanyagból készülnek, a vízzel jól formázható képlékeny (vagy plasztikus) anyagokból és a nem formázható (soványnak, vagy keménynek is nevezett) nyersanyagokból. A képlékeny nyersanyagok fő alkotói az agyagásványok, amelyek földpátos vagy vulkáni anyagokból mállási folyamatok eredményeként képződnek. Ebbe a csoportba tartoznak a kaolinok és az agyagok*. Ezek az agyagásványok (kaolinit, illit, montmorillonit) mellett, a lelőhelytől függően különböző mennyiségű, a kerámia gyártás szempontjából hasznos, közömbös, vagy káros összetevőket is tartalmaznak. Hasznos alkotó lehet a kvarc és a földpát, míg káros összetevőnek számít a pirit, mert vastartalma az égetés során elszíneződést okoz. A finomkerámia-ipari termékek legfontosabb sovány nyersanyagai a földpát, és a kvarchomok, de ezek mellett egyéb anyagokat (márga, homokkő, korund, talk, stb.) is használnak. A földpátok szerepe elsősorban a kerámiamasszák és mázak égetésekor keletkező kristályfázisok kialakulásában van. Emiatt a földpátok mennyisége és minősége befolyásolja az ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– *

A kaolin és az agyag oxidos- és ásványi összetétele lényegében azonos, de lényeges különbség van a kétféle anyagban lévő agyagásványok kristályainak rendezettségében, ill. az egyes rétegek halmozódásának szabályosságában. (Kaolin – rendezett; agyag – rendezetlen)

- 82 égetési hőmérsékletet, ill. a termék hőmérséklettől függő deformációs hajlamát. A földpátok minőségének kiemelt szerepe van a szigetelőanyag gyártásban, mivel az hatással van a termék szigetelőképességére is. A kvarc-homokot „soványító" anyagként adagolják a kerámiamasszába. Szerepe a gyártási módnak megfelelő képlékenység biztosításában, és a termék szilárdsági és hőkezelhetőségi tulajdonságainak beállításában van. A finomkerámia gyártásnál felhasznált kvarc optimális szemcsemérete (a termék jellegétől és gyártási módjától függően) 10 - 40 µm. E követelménynek a természetben előforduló nyersanyagok rendszerint nem felelnek meg, ezért a „kerámiaipari homokot” az alapanyagok tisztításával és finomőrlésével állítják elő. Néhány jelentősebb hazai kaolin és agyag lelőhelyen kitermelt nyersanyagok legfontosabb oxidos és ásványi összetevőit a 4.1. táblázat tartalmazza. Hazai kaolinok és agyagok összetétele, %-ban [2] Lelőhely

Oxidos összetétel

4.1. táblázat.

Agyagásványok

Egyéb

SiO2

Al2O3

Fe2O3

kaolinit

illit

montm.

kvarc

Királyhegyi kaolin

65-90

8-23

0,1-1,0

20-65

-

Bábavölgyi kaolin Sárisápi kaolin Szegi kaolin Romhányi agyag Mádi agyag Füzérradványi illit

74-78 84-85 46-48 48-76 64-72 53-60

13-14 9-10 28-36 18-38 13-22 23-30

0,2-4,0 1,3-1,4 2,5-4,7 0,9-7,3 0,8-2,0 0,3-2,0

10-15 10-32 + 43-48 30-35

+* 30

8-9 20-40

10-20 +

+ 45 + 2-10 16-40 35-40 20-60

földpát 10-15

0-2 2-20

4.2. Építési kerámiák gyártási technológiái A finom- és a durvakerámiai termék gyártásában lényeges eltérés, hogy a finomkerámiaipar nagyobb homogenitású, és rendszerint finomabb szemcsézetű alapanyagot igényel, amit a finomra őrölt nyersanyagok vizes „feliszapolásával" majd az így kapott zagy homogenizálásával állítják elő. Az építési kerámia gyártás legfontosabb technológiai lépései (4.1. ábra) a következők: − − − − −

alapanyagok előkészítése (őrlés, iszapolás, iszap homogenizálása); víztelenítés (szűrőpréselés, porlasztásos szárítás); a termék formázása (vákuumpréselés, sajtolás, öntés, korongolás, faragás, stb.); mázolás, vagy mázazás; hőkezelés (szárítás, égetés).

4.2.1. Alapanyagok előkészítése A különböző finomkerámia-ipari termékek alapanyagainak előkészítését nagyrészt azonos eljárással és technológiai berendezésekkel végzik, eltérés csak az egyes terméktípusokhoz szükséges nyersanyagokban, azok előkészítettségi fokában, ill. az egyes gyártmányokhoz megkívánt őrlési finomságban van. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * A szakirodalom adott összetevőre számszerű adatot nem közöl, csak annak jelenlétére utal.

- 83 -

SOVÁNY ANYAGOK

KÉPLÉKENY ANYAGOK

darabos (agyag)

őrölt (kaolin)

iszapolás

őrölt

darabos

VÍZ

iszapolás

őrlés

VÍZ

keverés

VÍZ

szűrőpréselés

szárítás GŐZ

FOLYÓSÍTÓ VÍZ

gyúrás

pihentetés

keverés

VÍZ

HULLADÉK MASSZA

intenzív keverés

öntés pihentetés

ADALÉK

sajtolás

SZANITER TERMÉK

vákuumpréselés

korongolás EDÉNY

szikkasztás

sajtolás

SZIGETELŐ " faragás " SZIGETELŐ

BURKOLÓLAP

4.1. ábra. Finomkerámia-ipari termékek anyag-előkészítési és formázási technológiái A képlékeny alapanyagok egy részét (rendszerint a kaolint, de néhány esetben az agyagot is) iszapolt állapotban szállítják be a kerámiagyárba, így ez – őrlés nélkül – közvetlenül az iszapkeverőbe kerülhet. Közvetlenül a bányából beérkező agyag viszont durva kvarc szemcséket és egyéb szennyezőket is tartalmaz, ezért azt tisztítás után a sovány anyagokkal (darabos kvarc, földpát) együtt megőrlik, majd csak ezután lehet azt iszapolni. A sovány anyagokat (kvarc-homok, földpát, márga, stb.) is kétféle feldolgozottsági minőségben szállíthatják be a gyárba, de a hazai gyárainkra még jellemzőbb a helyszíni őrlés, mint a zsákolva, vagy tartálykocsikban szállított, megfelelően tisztított és előőrölt nyersanyag felhasználása. 4.2.1.1. Aprítógépek A képlékeny nyersanyagok előaprítására általában fogazott, vagy sima palástú hengeres törőket és görgőjáratokat, a finom-őrlésére pedig golyósmalmokat használnak. A golyós malmokkal elérhető őrlési finomságra jellemző, hogy az őrleményt 0,063 mm-es szitán vizsgálva a szitamaradék 2 - 5 %. Ha ennél finomabb őrleményt kell előállítani akkor vibrációs malmokat (1 - 10 µm határig), vagy gyöngymalmokat (0,5 - 2,0 µm határig) alkalmaznak. A bányából közvetlenül beérkező agyagokban előforduló kemény kőzetek leválasztására használják a 4.2. ábrán bemutatott kőleválasztó hengeres törőgépeket. Az ütközéssel működő kőleválasztó hengeres törőgépre (4.2/a. ábra) jellemző, hogy a kis átmérőjű bordázott henger (1) kb. egy nagyságrenddel nagyobb fordulatszámmal forog, mint a

- 84 nagy átmérőjű sima palástú henger (2). A gépbe kerülő lágy, képlékeny anyagok (8) az egymással szemben forgó hengerek közé kerülve felaprítódnak, míg a rideg, nagyszemcsés kőzetdarabok (7) a kis henger bordáihoz ütközve, az ábrán színes vonallal jelölt mozgáspályán a gyűjtőcsatornába (9) kerülnek. a.

7

b.

6 1

2

11

5 10 7 9

8

3

4

9

1. bordázott henger 2, 10. sima henger 3, 4. tengelyek 5. rugalmas támasz 6. feladó garat 7. kemény kőzet 8. aprított anyag 9. gyűjtőcsatorna 11. csavarbordázott henger

4.2. ábra. Kőleválasztó hengeres törőgépek működési elve a./ ütközéssel üzemelő, b./ csavarbordázott kivitelű berendezés A 4.2/b. ábrán bemutatott berendezés a nagyméretű kőzetdarabokat a henger palástján kialakított csavarborda révén képes leválasztani, mivel azok a szemcsék, melyeket a hengerek nem képesek „befogni" – a hengerek forgásirányának megfelelően – a gép tengelyirányában haladnak a gyűjtőcsatorna (9) felé. A golyósmalmok a rideg és képlékeny alapanyagok finom-őrlésére egyaránt használhatók. Az őrlést rendszerint nedves eljárással végzik, a víz és a nyersanyag keverési aránya megközelítőleg 1:1. A finomkerámia-iparban használatos golyósmalmok rendszerint szakaszos üzeműek, és teljesítőképességük is lényegesen kisebb, mint a cementgyártásnál megismert folyamatos üzemű malmoké. Az idegen anyag szennyező hatásának elkerülése érdekében általában nem fém, hanem szilikát alapú anyagból készült őrlőtesteket (porcelán, szteatit, flintkő) használnak. Az őrlőelemek hengeres, vagy gömb alakúak, jellemző méretük 25 - 75 mm, és az őrlőelemek mennyisége megközelítőleg azonos a feladott anyagéval. A malom belső felületét is szilikát jellegű anyagokkal, vagy bordázott gumi betétlemezekkel bélelik ki. A gumibélés előnye a nagyobb élettartam (a porcelán anyagú béléstéglákhoz képest 2 – 8 -szoros), a kisebb tömeg, valamint az alacsonyabb zajszint. A 4.3. ábrán látható berendezést a dob (1) végfalára erősített fogaskoszorún (5) keresztül villamos motor forgatja fogaskerekes hajtómű, és ékszíjhajtás közbeiktatásával. Az őrlendő anyag álló dobnál, az ábrázolt helyzetnek megfelelő felső nyíláson keresztül adják fel, majd a malomdugó (6) elhelyezése után kezdik el a dob forgatását. 9

6 2

1 5 4

1. dobpalást 2. kopásálló burkolat 3. tengely 4. csapágyház 5. fogaskoszorú 6. malom-dugó 7. őrlőtestek 8. levegő csatlakozó 9. csapolódugó

3 7

8

4.3. ábra. Szakaszos üzemű golyós malom

- 85 A malomtest tömör zárását gumitömítéssel oldják meg, ami azért is szükséges, mert a malom ürítését túlnyomás alatt végzik. Ürítéshez a malomdugó (6) helyére egy szűrőfejjel ellátott csapolódugót (9) helyeznek, majd a malmot olyan helyzetbe hozzák, hogy a levegő csatlakozó (8) felül legyen, és az azon bevezetett levegő nyomásának segítségével töltik át a zagyot a tárolókádba. A dob fordulatszáma viszonylag alacsony (átmérőtől függően 14 - 45 ford/perc), mivel a nedvesőrlés miatt a nagyobb fordulatszámokhoz tartozó ütő hatás nem érvényesülhet (lásd még: 2.3.1. fejezet). A golyósmalmok fajlagos energia-felhasználása 20 - 25 kg/kWh, az őrlési idő a 11 - 14 órát is elérheti. A vibrációs-, vagy rezgőmalmok (4.4. ábra), a nagyfinomságú őrlés jellegzetes készülékei. Töretük jellemző mérete általában 20 - 40 µm, de egyes típusaikkal 1 - 10 µm is elérhető. A golyósmalmokhoz hasonlóan, ezeknél is golyó alakú őrlőtestek dinamikus hatással aprítják az anyagot, de azok mozgását nem a dob forgatása, hanem a rugalmas támaszokra helyezett, hengeres (vagy vályú alakú) malomtest rezgőmozgása idézi elő. Az őrlőtestek mérete – a finomabb őrlés miatt – rendszerint kisebb (10 - 15 mm), mint a golyósmalmoké, töltési foka viszont lényegesen nagyobb, egyes típusoknál a 80 %-ot is elérheti. 11

a. 6 2 3

4

2/a

b.

7

2/a

6 1 4

5

4

3

9 4

7

5 2/b 8

5

2/b

10

4.4. ábra. Rezgőmalmok típusai a./ szakaszos üzemű, b./ folyamatos üzemű 1. őrlőtestek, 2. őrlőedény, 3. tengely, 4. excentrikus tömeg, 5. rugó, 6. feladógarat, 7. keret, 8. támasz, 9. átadó-cső, 10. ürítőnyílás, 11. rostélyrács.

A gerjesztési módjuk alapján a rezgőmalmok többnyire tömegerő gerjesztésűek. A kedvező őrlőhatás érdekében a szerkezet rezgésgyorsulás amplitúdója általában a gravitációs gyorsulás 8 - 10 -szerese, ezért az őrlőtestek a dob belsejében „mikrodobással” mozognak. A rezgőmalmok szakaszos (4.4/a. ábra), vagy folyamatos üzeműek lehetnek. A folyamatos üzemű gépek (4.4/b. ábra) rendszerint kétfokozatú aprítást végeznek. Szerkezetileg rugókkal alátámasztott (5) keretszerkezetben (7) egymás felett elhelyezett két őrlőedényből, gerjesztőegységből és az alátámasztó rugókból állnak. Az anyagot a felső őrlődobba (2/a) adják fel, ahol az ábrán bejelölt irányban lassan halad előre, majd a véglapnál lévő átvezető csövön (9) keresztül az alsó őrlőedénybe (2/b) kerül. Az átvezető-, ill. elvezető nyílások előtti rostélyrácsok (11) feladata az őrlőtestek kihullásának megakadályozása. A felső őrlődob végzi a durva őrlést, ezért az abban elhelyezett kerámia golyók mérete nagyobb, mint az alsó edényben lévőké. Az őrlődobot kerámia, vagy gumilapokból készült, kopásálló burkolattal látják el. A gyöngymalmokban (4.5. ábra) a golyó, vagy henger alakú őrlőtestek (5) mozgatását a dobtestben elhelyezett, függőleges tengely (3) körül forgó keverőkarok (4) végzik. A dobtest általában kettősfalú acélköpeny, melynek palástjai között – a súrlódási hő elvezetése érdekében – hűtővíz (6) áramlik. Az őrlőtestek anyaga – a golyós malmokhoz hasonlóan – rendszerint porcelán, vagy alumínium-oxid, de jellemző méretük sokkal kisebb (0,5 – 8,0 mm). A belső acélköpenyt a gyöngymalmoknál is általában kerámia béléssel látják el.

- 86 -

a.

3

b.

10

3

10

2

2 1

9

1

4

5

5 4 6 6 7

8

1. külső fal 2. belső acélköpeny 3. keverőrúd 4. keverőpálcák 5. golyók 6. hűtővíz 7. elvezető csővezeték 8. szűrőbetét 9. tartócsap 10. szűrőfedél

4.5. ábra. Gyöngymalmok működési vázlata a./ alsó ürítésű, b./ billenthető kivitel A keverőpálcák fordulatszáma az őrlendő anyag minőségétől függően, a gyöngymalmok többségénél változtatható, az 50 - 150 ford/perc tartományban. A dob ürítésére kétféle megoldást alkalmaznak, vagy az alsó, szűrőbetéttel (8) ellátott csővezetéken (7) keresztül (4.5/a. ábra), vagy a dobtest billentésével (9) távolítható el a zagy a berendezésből (4.5/b. ábra). 4.2.1.2. Keverő- és homogenizáló berendezések A finomkerámia-iparban használatos keverőgépek egy része – működési elv és szerkezeti kialakításuk szempontjából – hasonló a betonkészítésnél használatos gépekhez, de a nagy víztartalmú kerámiaiszap keverésére (pl. öntéssel készített szaniter termékekhez) gyakran ú.n. „folyadékkeverőket″ alkalmaznak. A folyadékkeverők a hajtás elrendezése szempontjából függőleges tengelyű keverőgépek közé tartozik, de nem térfogat-kiszorítás elvén, hanem az anyagban létrehozott folyadékáramlás révén homogenizálnak. Ezért a keverőedény és a lapátozás kialakítása és arányai lényegesen eltérnek a térfogat-kiszorítás elvén működő betonkeverő gépekétől. A keverőlapátok által létrehozott áramlási kép (4.6. ábra) elsősorban a lapátok számától, geometriai arányaitól és fordulatszámától függ, de a kevert anyag reológiai tulajdonságai is befolyásolják. A lapátos keverőknél a lapátok síkja párhuzamos, vagy viszonylag kis szöget zár be a keverőtengellyel, ezért a keverőedényben lévő folyadék főleg tangenciális áramlást (a. ábra) végez. A propellerkeverők csavarfelületű lapátjai és a nagy kerületi sebesség axiális irányú (b. ábra) áramlást hoz létre, míg a nagy fordulatszámú turbókeverőknél (c. ábra) erőteljes tengelyirányú áramlás is létrejön. a.

b.

c.

4.6. ábra. Lapátos- (a.), propeller- (b.), és turbokeverőben (c.) kialakuló áramláskép A lapátos keverők keverőhatása a – viszonylag kis kerületi sebességgel – forgó keverőlapát által kiszorított folyadéktömeg és a nyugvó részek közti sebességkülönbségen alapul. A keverendő anyag tulajdonságaitól (viszkozitás, keverési arány, szemcseméret, stb.) függően a finomkerámia-iparban többféle lapát kialakítású keverőgépet alkalmaznak. Ezek elnevezése

- 87 általában a lapátok alakjára utal, így megkülönböztetünk síklapos-, karos-, horgony- és kalodás (más néven: gereblyés) keverőket. Folyadékkeverő típusok jellemzői [6]

Karos keverő Horgonykeverő Kalodás keverő Propellerkeverő

Lapátozás

Lapkeverő

4.2. táblázat.

l l

w

w

l

l

d/D w/d h/d

0,4 - 0,5

0,7 - 0,9

0,9 - 0,98

0,9 - 0,98

0,1 - 0,33

0,9 - 1,0 0,1 - 0,2

0,05 - 0,10 0,1 - 0,2

0,06 - 0,10 0,01 - 0,06

0,06 - 0,10 0,01 - 0,06

– 0,2 -2,0

l/d H/d

–

0,2 - 0,3

0,4 - 0,8

0,7 - 1,0

–

1,5 - 2,0

1,0 - 1,4

1,1 - 1,4

1,1 - 1,15

4,0 - 7,0

n (1/min) η (Pa.s)

20 - 40 0,05 - 2,0

20 - 40 max. 100

20 - 80 max. 100

60 - 180 max. 100

150 - 1600 1,0 - 10

A folyadékkeverőket rendszerint villamos motorról ékszíj, vagy fogaskerekes hajtóművön keresztül hajtják. A keverőlapátozás hosszú tengelye többnyire konzolosan nyúlik be a keverőedénybe, ezért – az ipari hajtóműveken belül külön típust képező – keverőhajtóműveknek az általános követelményeken kívül (megfelelő fordulatszám, nyomaték átvitel, élettartam, stb.) néhány sajátos feltételnek is meg kell felelniük: − Viszonylag alacsony építési magasság mellett is nagy legyen a kimenő tengely csapágyai közti távolság (4.7. ábrán: L méret). − A kevert anyag szennyező hatása miatt a tengely megfelelő tömítéséről fokozott mértékben kell gondoskodni. − A hajtómű házát, ill. az állványát úgy kell kialakítani, hogy azt megbízható módon lehessen csatlakoztatni a keverőedény fedeléhez, vagy a tartály keretszerkezetéhez. a.

b.

2

c.

1

7

L

L

L 3

1 1

4

5 6

7

4 5

6

5 6

4

4.7. ábra. Jellegzetes keverőhajtómű típusok 1. motor, 2. ékszíjhajtás, 3. előtét tengely, 4. tengelykapcsoló, 5. keverőtengely, 6. tömszelence, 7. hajtómű.

A folyadékkeverők hajtásának teljesítményigényét nem – a betonkeverőgépek méretezésénél tárgyalt – keverési ellenállás alapján, hanem áramlástani alapokon, a hasonlóság elmélet összefüggéseinek segítségével lehet meghatározni. A folyadékban mozgó keverőlapát df elemi felületére ható, közegellenállásból (c) származó erő, a 4.8. ábra jelöléseivel:

- 88 -

v2 v2 d F = c ⋅ d f ⋅ρ⋅ = c ⋅w ⋅d x ⋅ρ⋅ 2 2

2r df

x

( 4.1 )

Az elemi teljesítményigény összefüggésébe

d P = d F ⋅v

w

( 4.2 )

a kerületi sebességet ( v = x . ω ) és a lapátra ható erőt behelyettesítve az elemi teljesítmény-szükséglet a következő alakban írható fel:

dx

4.8. ábra. Lapátra ható erő

dP =

1 ⋅c ⋅ρ⋅w ⋅ω 3 ⋅x 3 ⋅d x 2

( 4.3 )

A (4.3) kifejezést az x = 0, és az x = r = d / 2 határok között integrálva, a lapát forgatásának teljesítményigénye:

P=

c 2⋅4⋅2

4

⋅ρ⋅w ⋅ω 3 ⋅d 4 [Nm/s]

( 4.4 )

A lapát szélességet az átmérő függvényében felírva ( w = a . d ), és a szögsebesség helyett a fordulatszámot használva a teljesítmény-szükséglet általános képlete a következő alakú:

P = ξ⋅ d 5 ⋅ n 3 ⋅ ρ [kW]

( 4.5 )

ahol: ξ – a közegellenállástól függő tényező; d – a keverőlapátozás átmérője, m-ben; n – a keverőlapátozás fordulatszáma, ford/s-ban; ρ – a zagy sűrűsége, kg/m3 -ben. A 4.4 és 4.5 kifejezések összevetéséből látható, hogy a ξ tényező – elnevezése ellenére – nemcsak az áramlási viszonyokra jellemző c ellenállási tényezőt, hanem bizonyos konstansokat (a lapát méreteitől függő a arányszámot, valamint az egyes mennyiségek mértékegységeinek váltószámait) is tartalmazza. Emiatt a szakirodalomban a ξ = f ( Re ) függvénnyel megadott diagramok (lásd 4.9. ábra) csak a geometriailag is hasonló keverőkre érvényesek. 100

ξ

a. D/d = 4,0

50

h/d = 1,27 w/d = H/d =4,0

d.

30

b. D/d = 2,0

20

c. D/d = 1,1 h/d = 0,05 w/d = 0,07 H/d = 1,1

h/d = 0,2 w/d = 0,86 H/d = 2,0

10

d. D/d = 1,12 h/d = 0,06 w/d = 0,05

5 3

c.

2

H/d = 1,47

1,0

b.

0,5 0,3

a.

0,2 0,1 1

2

3

5

10

2

3

5 10

2

2

3

5 10

3

2

3

5 10

4

2

3

5 10

5

2

3

5 10

6

Re

4.9. ábra. Az ellenállási tényező változása a Reynolds-szám függvényében a./ háromágú propellerkeverő, b./ lapátos keverő, c./ horgonykeverő, d./ gereblyés keverő.

- 89 Amennyiben az ipari berendezés geometriai arányai eltérnek a modell-kísérleteknél alkalmazott értékektől, az ellenállási tényező meghatározásakor az ú.n. általánosított kritériális egyenlettel kell számolni, amely a következő alakú: c e f g i j  l   H   h   w   s   δ   z2  ξ = B ⋅Re ⋅Fr ⋅   ⋅   ⋅   ⋅   ⋅   ⋅   ⋅    d   d   d   d   d   d   z1  mely kifejezésben: B – arányossági tényező; Re – Reynolds-szám; Fr – Froude-szám; d, H, h, l, w – lapátozás méretei (lásd: 4.8. ábra), m-ben; s – a lapát menetemelkedése, m-ben; δ – terelőlapátok szélessége, m-ben; z1 , z2 – a modell-keverő és az ipari keverő lapátszáma; a

b

k

( 4.6 )

a, b, c, e, f, g, i, j, k – a modellvizsgálatokból meghatározott hatványkitevők. 4.2.1.3. Szűrő- és víztelenítő berendezések A nedvesőrlés és az alapanyagok homogenizálása után a zagyból el kell távolítani az alkalmazott préselési technológia szempontjából felesleges vízmennyiséget. ki kell választani a szilárd szemcséket. A zagy víztelenítésére a nedves és a félnedves formázási eljárásokhoz szűrőpréseket, a 3 - 8 % nedvességtartalmú sajtolóport felhasználó eljárásokhoz pedig porlasztásos szárító berendezéseket használnak. A kamrás szűrőpréseknél (4.10. ábra) az egyes, különálló szűrőkamrákban (1) elhelyezett porózus rétegek (2) választják el a szilárd anyagot a folyadéktól. A szűrőprések szakaszos üzemű gépek, a folyamat elején a kamrák összezárását, a végén a szétnyitását munkahenger (5), vagy csavarorsós berendezés végzi. Először dugattyús membránszivattyúval feltöltik az összezárt kamrákat zaggyal, majd a szivattyúzást folytatva elkezd növekedni a nyomás a szűrőelemeken (szűrő-kendők) kialakuló rétegtől függően. Egy adott nyomásszint elérése után a zagyszállítás gyakorlatilag megszűnik, ekkor a nyomás már csak a lerakódott iszapréteget tömöríti. A szűrés befejezését a szivattyúkörbe beépített nyomáshatároló jelzi. Ekkor a kamrákat szétnyitják, és kiszedik a szűrőkre lerakódott szilárd anyagot (szűrőlepény). 4.10. ábra. Kamrás szűrőprés

3

1

2

6

4

3

5

1. szűrőkamrák, 2. szűrőelemek, 3. álló támasz, 4. tartórúd, 5. munkahenger, 6. mozgó támasz.

A zagy szárazanyag tartalmának kinyerésére használatos porlasztásos szárítóknál a berendezés tartályába beporlasztott zagyból forró füstgázok segítségével elpárologtatják a nedvességtartalmat. A szilárd anyag lehull a tartály aljára, ahonnan folyamatosan kiszállítják. A porlasztásos szárítás a 0,06 - 0,5 mm szemcseméretű alapanyagok víztelenítésére alkalmas. Ezzel a módszerrel a nedvességtartalom ±0,5 % pontossággal beállítható, ezért az így készített por kiválóan alkalmas – a nedvességtartalomra igen érzékeny – sajtolásos technológiával való formázásra is. A 4.11. ábrán bemutatott berendezésnél a tároló tartályból (1) porcelándugattyús zagyszivattyú, vagy membránszivattyú (2) szívja fel, és továbbítja a zagyot a hengeres tartályban (6) elhelyezett fúvókához (5). A porlasztáshoz szükséges nyomás 10 - 20 bar, és azt vagy örvénykamrás fúvókával, vagy nagy fordulatszámú (6000 – 8500 ford/perc) forgótárcsával hoz-

- 90 zák létre. Mielőtt a zagy a porlasztóhoz jutna, meg kell azt tisztítani a túlméretes szemcséktől. Erre a feladatra rendszerint olyan párhuzamos beépítésű szűrőket (3) alkalmaznak, melyek egy-egy szeleppel (4) leválaszthatók a rendszerből, így azok – a folyamatos üzem megzavarása nélkül – rendszeresen tisztíthatók. 9 14 8 6 13

5

3 12

7

15 2 4

16

10

11

1

1. zagytartály 2. zagyszivattyú 3. szűrők 4. elzárószelep 5. fúvóka 6. porlasztó tartály 7. füstgázgenerátor 8. hőszigetelt csővezeték 9. terelőlemezek 10. cellás adagoló 11. szállítószalag 12. elszívócső 13. elszívó ventillátor 14. füstgáz elvezetés 15. porleválasztó ciklon 16. poranyag elvezetés

4.11. ábra. Fúvókás porlasztószárító berendezés A füstgázgenerátorban (7) előállított szárítóközeg hőszigetelt csővezetéken (8) keresztül a tartály felső részén, a porlasztott anyaggal szemben áramlik be a tartályba. A befúvónyílás alatt elhelyezett terelőlemezek (9) perdületet adnak a füstgáznak, hogy az a fal mentén forogva áramoljon lefelé. A porlasztott zagyból kiváló porszemcsék a tartály aljára hullanak, ahonnan cellás adagoló (10) gumihevederes szállítószalagra (11) továbbítja azt. A szárítótartályból a füstgázok kivezetését elszívó ventillátorral (13) végzik. Az elszívott közegben bennmaradó porszemcséket porleválasztó ciklonokkal (15) távolítják el. 4.2.2. Finomkerámia termékek formázása Az egyes finomkerámiai gyártmányoknál alkalmazható formázási technológiákat elsősorban a termékek alakja és mérete határozza meg. A építési kerámiák közül a lapszerű elemeket (pl. csempék, fal- és padlóburkoló lapok) többnyire félszáraz alapanyagból (sajtolópor), sajtolással állítják elő, míg a bonyolult formájú egészségügyi kerámiákat rendszerint öntőmasszából, formába-öntéssel készítik. 4.2.2.1. Sajtolási technológiák és berendezéseik Burkolólapok készítésének egyik jellemző formázási módja a félszáraz sajtolás, melyhez kis nedvességtartalmú, ú.n. sajtolóport használnak. Sajtolhatóság szempontjából meghatározó tényezők: a por nedvességtartalma (ez általában 3 - 8 %), porozitása*, a jellemző szemcsemérete (rendszerint 0,08 - 0,4 mm), szemszerkezeti eloszlása, és halmazsűrűsége. Sajtoláskor a bélyeg nyomóerejének hatására tömörödik a sajtolópor, miközben kezdeti térfogata csökken, halmazsűrűsége növekszik. A folyamatra jellemző sajtolónyomás a présszerszámtól a termék belseje felé haladva exponenciális jelleggel csökken a forma falain kialakuló súrlódóerő miatt. A súrlódási veszteség a sajtolópor anyagi jellemzőitől – és ezen belül főleg a nedvességtartalmától – valamint a termék és a formaüreg geometriai méreteitől ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * Az anyag egységnyi térfogatában lévő légpórusok térfogatának aránya, %-ban kifejezve.

- 91 függ. 15 - 20 mm termékvastagság felett, a termék alsó és felső felülete közti nyomáskülönbség olyan értéket is elérhet, amely már a nyers gyártmány káros deformációját is előidézheti. A 4.12. ábra a sajtolóporban kialakuló nyomás-eloszlás jellegét mutatja, különböző kialakítású préselő berendezéseknél. Leggyakrabban a 4.12/c. ábrán bemutatott megoldást alkalmazzák, melynél a formakeretet rugalmas támaszokon helyezik el, így az a sajtolási folyamat közben elmozdulhat. Ebben az esetben a legrosszabbul sajtolható sík ugyan a termék alsó részén lesz, de nem a legalsó felületén, ahol az élek és a sarkok a legsérülékenyebbek. a.

p1

b.

h

p

c.

h

p p2

p2

h

p

1

1

p

p

p1

p

1

p2

p1

p

p2

p1

2

4.12. ábra. Nyomáseloszlás a sajtolóporban a./ a felső bélyeg mozog, b./ mindkét bélyeg mozog, c./ rugalmasan elmozduló formakeret. Sajtoláskor a kész termék méreteinek megfelelő mennyiségű sajtolóport acél, vagy gumi formakeretbe töltik, majd addig nyomják össze, míg a porszemcsék közti levegő eltávozása után, az egyes szemcsék kellő szilárdsággal egymáshoz nem tapadnak. Ehhez általában – a por tulajdonságaitól függően – 20 - 40 MPa sajtolónyomás szükséges. Az alapanyag tulajdonságain belül meghatározó a nedvességtartalom, így pl. a tűzálló kerámia gyártásnál alkalmazott kis víztartalom (3 - 5 %) miatt a sajtolónyomás igen magas, elérheti a 100 MPa-t is. A sajtolási folyamatot rendszerint több ütemben végzik el, az egyes fázisokat, és az azokhoz tartozó elmozdulásokat a 4.13. ábra mutatja. A két (vagy több) sajtolási ütemet rendszerint egyre nagyobb nyomáson végzik. A korszerű sajtológépeken az egyes műveletek automatikusan követik egymást, és a készítendő termék típusától függően változtatható a töltés mélysége, a sajtolóerő értéke és időtartama, valamint a levegőztetések száma és időtartama. a.

3

b.

c.

e.

d.

h0 h1 2

h

1

4.13. ábra. Félszáraz sajtolás ütemei a./ poranyag betöltése, b./ elősajtolás, c./ levegőztetés, d./ végsajtolás, e./ kiemelés. 1. formakeret, 2. alsó forma, 3. felső présszerszám.

A sajtológépek fő mozgásuk (bélyeg mozgatás) alapján mechanikus, vagy hidraulikus hajtásúak lehetnek. A kétféle hajtási mód közül – a kedvezőbb beállítási lehetőségek miatt – a hidraulikus gépek a korszerűbbek, de napjainkban is üzemelnek még a mechanikus hajtású berendezések is (pl. könyökcsuklós, súrlódótárcsás, körasztalos sajtológép). A könyökcsuklós sajtológépeknél (4.14. ábra) a prizmás vezetékben (4) mozgó sajtolószerszámot olyan csuklós mechanizmus (1, 2) vezérli, amely lehetővé teszi, hogy a forgattyú egy körülfordulása alatt a felső bélyeg (3) kétszer vegye fel mind az alsó (ábrán: II. és IV.), mind a felső (I. és III.) véghelyzetét. A betöltés (I.) utáni alsó véghelyzetben (II.) az alapnyo-

- 92 mású sajtolás folyik, majd a levegőztetést (III.) követő újabb alsó helyzetben (IV.) végzi el a nagynyomású sajtolást. Mindkét sajtoló nyomás értékét az alsó bélyeg (6) „ellentartó" nyomásával állítják be. Ezt, valamint a sajtolási folyamat minden műveletét (a poranyag betöltése, sajtolás, valamint az elkészült elem kitolása) a csuklós mechanizmust mozgató forgattyús tengelyről vezérlik. a.

b.

I. 2

c. III.

II.

I.

III.

1 II.

d.

IV. IV. III.

IV.

I.

II.

3 4 5

4.14. ábra. Könyökcsuklós sajtológép működési vázlata a./ alapnyomású sajtoló mozgás indítása, b./ első sajtolás vége, levegőztetés kezdete, c./ nagynyomású sajtoló mozgás kezdete, d./ sajtolás befejezése. 1. forgattyús hajtás, 2. mozgató rudazat, 3. felső bélyeg („medve”), 4. prizmás vezeték, 5. formakeret, 6. alsó bélyeg

A körasztalos sajtók (4.15. ábra) többnyire nagy teljesítőképességű berendezések, ezért főleg nagy sorozatban előállított fal- és padlóburkoló lapok készítésére használják. A géppel feldolgozott sajtolópor nedvességtartalma 5 - 8 % lehet. A sajtolóformák egy függőleges tengely körül forgó körasztalon (3) vannak elhelyezve. Az asztallal együtt forog az alsó és a felső bélyegsor (2, 1), melyekben a sajtolás egyes fázisai – az alattuk, és felettük kialakított kényszerpályának megfelelően – folyamatosan követik egymást. Ezért mindig van olyan formatér ahol éppen a töltés, a préselés, a levegőztetés vagy a kieme6 lés folyik, így a formaüregek számától és a termék vastagságától (kis méretű terméknél a levegőztetés elmaradhat) függően minden körülfordulásnál egy, esetleg két sajtolási ciklus megy végbe. 3 1

A töltési művelet helyén az alsó bélyeg véghelyzetben van és a formaüreg egy álló töltőszekrény alatt mozdul el, miközben sajtolóporral telik meg. Az ábra a sajtolási fázist mutatja, amikor a bélyegek két, vízszintes tengely körül elforduló sajtológörgő (4, 6) között haladnak át, melyek a kívánt méretre préselik a formába töltött sajtolóport. A görgők távolsága (és ezzel a sajtolóerő) változtatható. A sajtolóerőt az alsó támasznál (4) rugók (5), vagy hidraulikus henger veszik fel.

2

4

5

4.15. ábra. Körasztalos sajtó 1. felső bélyeg, 2. alsó bélyeg,

A körasztal (3) továbbfordulásakor a forma elhagyja a saj- 3. körasztal, 4. alsó sajtológörtológörgőket, így a felső bélyeg visszahúzódik (levegőztetés), gő, 5. támasztórugó, 6. felső és a következő préselő görgőpár alá fordul, majd továbbhasajtológörgő. ladva a kész elem kiemelését a kényszerpályán elhelyezett „kiemelő" görgő végzi, majd egy kitoló szerkezet az asztallap síkjára tolja azt. A 4.16. ábrán bemutatott hidraulikus sajtológép max. 350 x 350 mm-es burkolólapok gyártására alkalmas. Az adott berendezéssel kifejthető max. sajtolóerő 3230 kN. A gép alapját egy öntöttvas asztallap (1) képezi, melyhez két vezetőoszlop (2), valamint a burkolólap alsó profilját kialakító alsó bélyeg (6) kapcsolódik. A vezetőoszlopokat felül összekötő, ú.n. présko-

- 93 rona (5) belsejében helyezik el a hidraulikus préshengert (7), ami a felső bélyeget (4) tartalmazó sajtolófejet (3) mozgatja. 8

1. asztallap 2. vezetőoszlop 3. sajtolófej (traverz) 4. felső bélyeg 5. préskorona 6. alsó bélyeg 7. hidraulikus préshenger 8. előtöltő tartály 9. hidraulikus tápegység 10. vezérlő szekrény 11. adagoló surrantó 12. töltőszekrény 13. hidromotor 14. tartókeret

8

5

5

7

2 3

3

10

9

13

11 2

4

6

6 12 1 14

4.16. ábra. Hidraulikus sajtológép (SACMI)

A préshenger feletti előtöltő tartályban (8) állandóan 0,2 - 0,3 bar nyomású levegő van, ami megakadályozza, hogy kívülről por kerüljön a hidraulikus rendszerbe. Az előtöltő tartályt vezérelt előtöltő szelep köti össze a munkahengerrel. A sajtolóport töltőberendezés juttatja az alsó formakeretbe. Az ábrán bemutatott gépnél a töltőberendezést a présalaphoz rögzített, függőleges irányban állítható tartókereten (14) helyezték el. Az adagolást a töltőszekrény (12) végzi, amelybe a felül elhelyezett adagoló surrantóból (11) kerül be a sajtolópor. A por mennyisége az adagoló zárólapjával szabályozható. A töltőszekrény kerekei a tartókereten elhelyezett sínpályán mozognak, egy hidromotoros hajtású (13) forgattyús mechanizmus segítségével. p

p

q q

2

1

q

p 3 p

q

1

t1

t2

t3

t

3

2

t1

t2

t3

t

4.17. ábra. Hidraulikus sajtók jellemző nyomás- és térfogatáram jelleggörbéje A hidraulikus sajtológépeknél többnyire nagy nyomású és nagy lökettérfogatú hengereket alkalmaznak, hiszen sajtoláskor igen nagy erőket kell kifejteni [7]. Ugyanakkor fontos, hogy a mellékidők minél rövidebbek legyenek, ezért nagy a dugattyú sebesség igénye is. E két feltételt csak igen nagy szállítású szivattyúval lehetne kielégíteni, ugyanakkor a feltételek egyidejű teljesítése esetén nagyon rossz lenne a hajtás hatásfoka. Ez abból adódik, hogy a mellékidőkben (4.17. ábrán: t 1 – sajtolófej süllyesztése; t 3 – sajtolófej emelése) sokkal kisebb a nyomás, mint sajtoláskor (t 2), ugyanakkor a sajtolás ideje alatt már nagyon kicsi az elmozdulás, ezért szinte csak a réseken elszivárgó olajat kell pótolni, így ekkor a térfogatáram lényegesen kisebb, mint a sajtó nyitása, ill. zárásakor igényelt mennyiség. Az előzőekben vázolt feladat megoldására alapvetően kétféle módszert alkalmaznak: − előtöltő tartály és kisegítő munkahengerek, ill. speciális hidraulikus henger alkalmazása;

- 94 − állandó nyomású „nyomás-szabályzott", vagy állandó teljesítményű „teljesítmény-szabályzott" szivattyúk felhasználásával. Az előtöltő tartály alkalmazására mutat be két példát a 4.18. ábra. Az a. jelű változatnál a hidraulikus körben két, kis lökettérfogatú kisegítő munkahenger végzi a sajtolófej emelését és süllyesztését, a préseléshez szükséges nagy nyomást pedig a középső, nagyobb átmérőjű préshenger (2) biztosítja. Az előtöltő tartály (3) szerepe abban van, hogy a kisegítő hengerek (4.18/a. ábrán: 1 jelű elem) működtetése közben – egy vezérelt visszacsapószelep (5) segítségével – feltöltse, ill. leürítse a főhenger (2) dugattyúja feletti teret. Ha a présszerszám a süllyesztéskor eléri az alsó bélyeget, a rendszerben a nyomás megnövekszik, ezért az eddig zárt nyomáskapcsoló (6) kinyit, így a folyadék a préshengerbe áramlik. Ekkor a főhengerben kialakuló préselőnyomás a „töltőszelepet” (5) is bezárja. A présszerszám szétnyitásakor a töltőszelepet a vezérlő folyadék nyomása nyitja ki. 4

a.

4

b.

3

3 5

6

5

13 1 2

12

1

14

7 7 11

M

9

M 10 8

9

10

8

4.18. ábra. Sajtológépek hidraulikus rendszere a./ kisegítő hengeres -, b./ „háromtagú" munkahengeres változat. 1. kisegítő munkahenger, 2. préshenger, 3, előtöltő tartály olajtere, 4. levegő-tér, 5. töltőszelep, 6. nyomáskapcsoló, 7. útváltó, 8. szivattyú, 9. nyomáshatároló, 10. olajszűrő, 11. nyomásmérő, 12. „háromtagú" munkahenger, 13. belső henger, 14. dugattyú.

A 4.18/b. ábrán látható körfolyamnál a három különálló henger helyett egy speciális „háromtagú" munkahengert (12) alkalmaznak. Ennél a nagy sebességű, de kis erőigényű mozgást a középen elhelyezkedő belső henger (13) kis lökettérfogata biztosítja, míg a nagy erőszükségletű préseléskor a teljes dugattyúfelületre hat az olaj nyomása. Az emelés és süllyesztés közben a nagy henger feltöltését itt is a töltőszelep végzi. A sajtolófej gyors emelése érdekében a dugattyúnak a dugattyúrúddal csökkentett felülete minimális. 4.2.2.2. Öntési technológiák A bonyolult alakú, üreges szaniter termékeket 25 - 35 % nedvességtartalmú iszapból, öntéssel állítják elő. A felületi hibákat csökkentése érdekében a gyártás előtt az öntőiszapból vákuumozással távolítják el az apró légbuborékokat. Az öntés rendszerint gipszformába történik, amely porozitása révén átveszi az öntőiszap nedvességtartalmának jelentős részét és a szi-

- 95 lárd anyag a forma felületén lerakódik. A megfelelő cserépvastagság elérése után a felesleges iszapot kiürítik a formából. A gipszforma vízelnyelő-képessége és a vízelszívási sebessége az öntőiszap összetétele mellett függ a gipszforma alapanyagának összetételétől (gipszvíz keverési aránya) és gyártási technológiájától (keverési idő, ill. hőmérséklet). A 4.19. ábrán bemutatott folyamatos üzemű öntő gépsorral (NETZSCH) műszakonként kb. 500 darab WC-csésze gyártható. A gipszformák (1) egy 100 - 140 m-es szállítópályán (2) folyamatosan haladnak, miközben az egyes gyártási műveleteket a pálya mellé telepített célgépek a technológiai sorrendnek megfelelően automatikusan végzik el. Az előző gyártási ciklusból kikerülő gipszformák először a formaszárítóba (3) kerülnek, ahol meleg levegő áramoltatásával kiszárítják azokat. A formaszárító felfűtő, hőntartó (50 - 60 oC), és lehűtő zónákra oszlik, mivel a gipszformák érzékenyek a hőmérséklet hirtelen változására. A szárítás után a formákba behelyezik az üregeket kialakító forma fedeleket (4), majd feltöltik öntőiszappal (5), majd a formát szívás alá helyezik, ami egyrészt gyorsítja a gipszforma vízelszívását, másrészt elősegíti a forma jobb kitöltését. Ezután a gipszformákat kitoló szerkezet (6) és billentő egység (7) segítségével megfordítják, ezáltal a felesleges öntőiszap kifolyik, és a berendezés alatti csatornába (8) ömlik. A gyűjtőcsatornából az anyag egy keverőlapátozással ellátott tárolótartályba (9) jut, ahonnan szivattyúval (10) visszakerül az öntőgépbe (5). A formában lévő termék előszikkasztása után a forma fedelet leszedik (11), és a terméket kiemelik (12) az öntőformából. Az előszikkasztás közben a formára tapadt cserép – a vízelvonás hatására – zsugorodik, ami megkönnyíti a kiszedését. Ezt követően a terméket egy átrakó szalaggal (13) az öntőpályáról átviszik a termék pályára (14), ahol előbb szabad levegőn, majd átfordítása (15) után, az előszárítóban (16) „bőrkemény" állapotra szárítják. 14

15

2

12

13

17

16

18

7 19

8

10 1

11

6

3

6

9

4

5

4.19. ábra. Öntő gépsor technológiai elrendezése (NETZSCH) 1. gipszformák, 2. öntőszalag, 3. formaszárító, 4. forma fedél felrakó berendezés, 5. öntőgép, 6. kitoló szerkezet, 7. billentő egység, 8. gyűjtőcsatorna, 9. keverő- és tároló tartály, 10. szivattyú, 11. forma fedél leszedő, 12. termék kiemelő egység, 13. átrakó szalag, 14. termék szalag, 15. fordító berendezés, 16. előszárító, 17. tisztító gépegység, 18. szállítókocsi, 19. végszárító.

Az előszárítás után a nyers gyártmány felületét megtisztítják (17), ill. eltávolítják a termékről az öntősablon és az üregképző fedél illesztésénél maradt sorját. Ezután a félkész termékeket kocsira (18) rakják, amellyel azok a végszárítóba (19) kerülnek. 4.2.3. Kerámiaipari mázoló- és dekoráló berendezések A kerámiai máz üvegszerű bevonat, melynek feladata, hogy a kiégetett kerámiát simábbá, könnyebben tisztíthatóbbá, külső hatásokkal szemben ellenállóbbá, és esztétikusabbá tegye.

- 96 A mázak anyaga – az üveghez hasonlóan – fémoxidból és kovasavból álló szilikátolvadék, de nem homogén és izotróp, mint az üveg, a mázképzés során fellépő másodlagos folyamatok, valamint a mázba szándékosan bevitt kristályos alkotók, és a különböző festékanyagok miatt. A mázolási (vagy mázazási) technológiákat elsősorban aszerint választják meg, hogy a nyers, vagy a már egyszer kiégetett (zsengélt) kerámiát kell-e mázolni, valamint milyen bonyolultságú az adott termék. Az előégetett termékek mázolása egyszerűbb, kezelésük is könynyebb, mint a kisebb szilárdságú nyers termékeké, de a máz felvitelét egy újabb hőkezelésnek kell követnie. Ennek költség-igénye miatt, a felületi bevonatot többnyire – néhány speciális kerámia-fajta kivételével – a nyers termékekre viszik fel. A mázazást megelőzően a nyerstermékek víztartalmát csökkenteni kell, mivel azok a felületbevonás során a mázból további nedvességet szívnak magukba, és emiatt a szilárdságuk tovább csökken (feláznak, ill. megduzzadnak). E probléma megoldására a következő módszereket alkalmazzák: − a kerámiamassza képlékenységének csökkentése a nedvességtartalom csökkentésével, ill. a soványító alapanyagok mennyiségének növelésével; − a nyers termékek kiszárítása, vagy előmelegítése; − a máz képlékenységének, vagy száraz anyag tartalmának növelése; − a máz tapadásának növelése ragasztóanyagok hozzáadásával. Az építési kerámiák és a szaniter termékek gyártásakor a felületi bevonatot rendszerint a nyers termékre viszik fel, a következő módszerekkel valamelyikével: − − − −

merítéses mázazás, porlasztásos mázazás, ráfolyatásos mázazás, elektrosztatikus mázazás.

Merítéses mázazást a bonyolult geometriai formájú, belső üregeket is tartalmazó termékek (egészségügyi kerámiák, porcelán szigetelők) gyártásnál alkalmazzák. Bemerítéskor a termék nedvszívóképessége következtében a felületen vékony mázréteg keletkezik, melynek vastagsága a máz sűrűségétől és a bemerítés időtartamától függ. A merítéses mázazó berendezés (4.20/a. ábra) – a kézi műveletet utánozva – először bemeríti a forgó dobon (1) elhelyezett pálcákra (4) rakott termékeket a mázfürdőbe (6), majd azokat (a dob továbbforgatásával) a tartórudak (3) kiemelik. A felesleg egy körbefutó gyűjtővályúba (7) csepeg. a. 3

1

b.

5

2

8

9 5 4 5

6

7

10 11

4.20. ábra. Merítékes (a.), és porlasztásos (b.) mázazási eljárás

1. forgódob 2. tengely 3. forgó tartórúd 4. pálca 5. termék 6. mázfürdő 7. gyűjtővályú 8. zárt védőszekrény 9. forgótárcsás porlasztó 10. beszállítópálya 11. gyűjtő- és elvezetővályú

Porlasztásos mázazást (4.20/b. ábra) egyszerű felületű elemeknél (pl. burkolólapoknál) alkalmazzák. A mázat egy zárt védőszekrény (8) alatt, nagy fordulatszámmal forgó porlasztótárcsa (9), vagy 3 - 6 bar nyomású speciális festékszóró pisztoly finom szemcsékre oszlatva juttatja a szállítópályával (10) mozgatott termékek (5) felületére. A felesleges anyag egy gyűjtőedénybe (11) kerül, ahonnan megfelelő kezelés után visszajuttatják a folyamatba.

- 97 Ráfolyatásos mázolásnál a szállítópályán továbbított termékek egy, vagy több „mázfüggöny" alatt haladnak el. Ez a módszer is az egyszerűbb geometriai formájú (elsősorban lapszerű) kerámia termékek felületbevonó eljárása. A bevonati réteg vastagsága a lecsurgó mázfüggöny vastagságától (ez általában 0,3 - 0,5 mm), és a termék haladási sebességétől függ. A ráfolyatással működő berendezések előnye, hogy a technológiai sorba viszonylag egyszerűen beépíthetők, ezért ezt az eljárást gyakran alkalmazzák a különböző mázas burkolólapok automata gyártóberendezéseinél. A 4.21/a. ábrán látható réses ráfolyató berendezésnél szivattyú szállítja a mázat a felső vibrált szitalemezre (4), melynek feladata az esetleges szennyezőanyagok leválasztása. Ezután a bevonóanyag egy elosztótartályba (5) kerül, melynek kifolyócsövén (6) eltávozó anyag egy újabb szűrés (7) után jut a mázolóedénybe (8). A mázfüggöny vastagsági mérete a kifolyónyílás (9) méretének, vagy a máz viszkozitásával változtatásával állítható. A termék szélein lefolyó felesleget a szállítópálya alatt elhelyezett gyűjtővályú (10) fogja fel, melyből tisztítás után visszajuttatják azt az elosztótartályba. A harangos mázfolyató berendezésnél (4.21/b. ábra) is szivattyúval töltik fel a feladótartályt, melynek kifolyónyílásából (11) szűrőn keresztül jut át a bevonati anyag a mázolóedénybe (8). A mázfüggöny az edény peremén túlcsordulva az elosztóharang (13) palástján alakul ki, és folyik le a szállítópályán haladó termékre. A mázfelesleget ennél a berendezésnél is gyűjtőtartály (10) fogja föl. a.

3

b. 11

4

8

5 6 8 9

12

13 2

7

2

1 10

10

1

1. szállítópálya 2. termék 3. vibromotor 4, 7, 12. szitalemez 5. elosztótartály 6. kifolyócső 8. mázolóedény 9. kifolyónyílás 10. gyűjtővályú 11. feladótartály kifolyónyílása 13. elosztó „harang"

4.21. ábra. Réses (a.), és harangos (b.) ráfolyatás

A felületi bevonást megelőzően a terméket meg kell tisztítani és az éleiről el kell távolítani a gyártás során rajta maradt sorját. A folyamatos üzemű burkolólap gyártó gépsorok rendszerint a felületi bevonás előtt ellenőrzik a termék minőségét, és a tisztítási ill. az élcsiszolási műveleteket is elvégzik. A 4.22. ábrán bemutatott automatizált burkolólap gyártósornál a termékek (1) élükre állítva, közel függőleges helyzetben kerülnek – a két párhuzamosan futó szíjból kialakított – feladó szállítópályára (2). Ezen a rakat megfelelő helyzetét súlyfeszítésű (6) kötélzet (4, 5) biztosítja. A termék a továbbító szállítópályára (3) már hátlapjára lefektetve és egymástól eltávolítva kerül át. A termékek közti távolság a két szállítópálya sebességének különbségétől függ. A továbbítópálya elején helyezkedik el a minőség vizsgáló berendezés, amely megméri (8) minden egyes burkolólap felületi terhelhetőségét, és egyúttal le is szedi e hibás termékeket. A vizsgáló berendezés előtt és után számláló berendezések (7) rögzítik a darabszámot. A burkolólap éleiről a sorja eltávolítását két lépésben végzi el a berendezés. Először a szállítópályával párhuzamos éleket csiszolja le a pálya két oldalán elhelyezett csiszolókorongokkal (4.22/b. ábra), majd 90o-kal elfordítja a terméket és a másik két élet is megmunkálja. Az

- 98 élek csiszolásakor a burkolólap támasztóvezetékek (14) között halad előre. Az élcsiszoló berendezés (9) a termék síkjával 45o-os szöget bezáró, nagy fordulatszámú tárcsa, melyre rögzített csiszolóvászon távolítja el az élekről a sorját. A fordító berendezést (4.22/c. ábra) a továbbító szállítópálya visszatérő ága (3) mozgatja két különböző átmérőjű tárcsán (17, 18) keresztül. Az eltérő átmérők miatt a fordítószalag két párhuzamos síkú ágának (15, 16) eltérő a sebessége, és emiatt a fordítószalagra jutó termékek a vízszintes síkban elfordulnak. Az elfordulás szöge a fordítószalagon való tartózkodás időtartamától függ, ez viszont a kiemelőkeret (20) helyzetével változtatható, és állítható be pontosan a 90o-os lapelfordulás. 4

a.

5 7

8

9

9

10

11

1 1

2

6

7

7

3

b. c.

3

3

18

20

17

12

16

19

9

3

1

13 15

14

3

4.22. ábra. Burkolólapok felületbevonó gépsora a./ gyártósor elrendezési vázlata, b./ élcsiszoló berendezés, c./ fordító szerkezet 1. termék, 2. feladó pálya, 3. továbbító pálya, 4. kengyel, 5. kötél, 6. súlyfeszítés, 7. számláló, 8. ellenőrző műszer, 9. csiszolótárcsa, 10. fordító szerkezet, 11. réses ráfolyató, 12. gyűjtővályú, 13. támasztókeret, 14, 15. fordítószalag, 16, 17. hajtótárcsák, 18. terelőtárcsa, 19. kiemelőkeret, 20. feszítőtárcsa.

Az ábrán bemutatott gyártósornál réses ráfolyató berendezés (11) viszi fel a felületi réteget. A termék széleiről lecsurgó mázt a gyűjtővályú (12) fogja fel. A mázolt lapok élein megmaradó egyenetlen mázréteget az élekhez szorított tisztítószalagokkal szedik le. Az elektrosztatikus mázazást főleg bonyolult geometriai formájú (pl. szaniter termékek), nyers termékek bevonatának elkészítésére használják. Az eljárás elve azon alapul, hogy a kerámia egészen kis nedvességtartalom (0,5 - 1,0 %) esetén is vezetik az elektromosságot. Az elektrosztatikus szórásnál a mázrészecskéket pozitív töltéssel látják el, és speciális szórófejeken keresztül szórják fel a negatív töltésű termékre. Az elektrosztatikus mázazásnál (4.23. ábra) vízszintes szállítópályán (5) haladnak előre a megfogó szerkezetre (3) rögzített termékek, miközben egy forgatómű segítségével (4) forgómozgást is végeznek. Az egyenletes réteg kialakítása érde6 kében a szállítópálya két oldalán, ill. afölött különböző irányokban, több szórófejet is elhelyeznek. 1 + + 4.23. ábra. Elektrosztatikus mázazás 1. elektrosztatikus szórófejek, 2. termék, 3. megfogó keret, 4. forgatómű, 5. szállítópálya, 6. védőburkolat, 7. ajtó

3 5

-

2 4

7

- 99 A kerámiatermékek felületére a máz alá, vagy fölé díszítőelemként felvitt dekorációs ábrákat többnyire szitanyomással, vagy nyomdai eljárásokkal készítik. 4.2.4. Hőkezelő berendezések (égetőkemencék) A különböző kerámia-fajták égetési hőmérséklete az alapanyagaik jellemzőitől, ill. a termék felhasználási területétől függ. Így például az építési kerámiákat általában 1150 – 1250 oC-on égetik, míg a műszaki porcelánhoz 1400 oC, a tűzálló burkolatokhoz használt samott béléselemek gyártásához 1500 oC szükséges. A finomkerámia iparban használt égetőkemencék a felhasznált tüzelőanyag alapján lehetnek: szilárd, cseppfolyós és gáz tüzelőanyaggal üzemelők, valamint villamos fűtésű berendezések. A felsorolt tüzelőanyagok közül az építési kerámiák gyártásánál többnyire gáz- vagy olaj tüzelést alkalmaznak, míg az ellenállás fűtésű villamos kemencéket elsősorban a edényés díszműáruk dekor-égetésére, és a híradástechnikai kerámiák égetésére használják. A hőközlés módja alapján a kemencék közvetlen, vagy közvetett fűtésűek lehetnek. A finomkerámia iparban folyamatos üzemű kemencéknél rendszerint közvetett fűtésű kemencéket alkalmazzák, szemben a tégla- és cserépiparban elterjedt közvetlen fűtésűekkel (lásd. 3.2.4. fejezet). A közvetett fűtés lényege, hogy a füstgázok nem érintkeznek közvetlenül az égetendő termékkel, hanem hőtartalmukat jó hővezető képességű, tűzálló anyagon keresztül sugárzással adják át az égetőtérben áramló levegőnek. Az üzemmód szerint szakaszos üzemű (kamrás-, váltókocsis-, söveges- és ingakemence) és folyamatos üzemű (vagy alagútkemence) hőközlő berendezéseket különböztethetünk meg. A szakaszos üzemű berendezéseket – a nyers termék betöltése után – a környezeti hőmérsékletről felfűtik az égetési hőfokra, majd az előírt időtartamú hőntartás után, először gyorsabban, majd lassabb ütemben lehűtik. A folyamatos üzemű kemencéknél a termék rakatban, vagy egyedi mozgatással halad végig (ill. ütemesen mozog) a kemence különböző hőmérsékletű (előmelegítő, égető, gyors- és lassúhűtő) szakaszain. A szakaszos üzemű kamrás kemencék négyzet, vagy téglalap alapterületűek. Az oldalfalon elhelyezett bejárati nyílást tűzálló falazattal ellátott forgóajtó zárja le. Az égőfejeket, ill. az égető-berendezéseket a kemence oldalfalain (4.24/a. ábra), vagy ritkábban a mennyezetén (4.24/b. ábra) helyezik el, szimmetrikus, sakktáblaszerű, tangenciális, vagy pergető elrendezésben. A füstgázokat a kemence padozatában lévő nyílásokon keresztül vezetik el. Az elszíváshoz szükséges depressziót kémény, vagy elszívó-ventillátor biztosítja. A kemencében a terméket tűzálló tokokban, vagy állványokon helyezik el, úgy, hogy a füstgázok szabadon áramolhassanak e termékek között az elszívó nyílások felé. a.

d.

b.

c.

e.

4.24. ábra. Az égőfejek elrendezésének változatai a./ oldal-bevezetésű, b./ felső-bevezetésű, c./ pergető elrendezés, d, e./ tangenciális elrendezés.

A váltókocsis kemencék lényegében olyan kamrás kemencék, melyekbe a termék ki- és beszállítását sínen mozgó kocsikkal végzik. A téglalap alapú kemence rövidebb oldalán elhe-

- 100 lyezett bejárati nyílást vagy a kocsival együtt mozgó, vagy a kemence falára szerelt mozgatható ajtóval nyitják ill. zárják. A süveges kemencénél a ki- és berakodáshoz hidraulikus berendezéssel az égető tér fölé emelik a kemencefalazatot, majd a megrakott kemencekocsik betolása után visszaengedik azt. Ez a típus elsősorban olyan helyen alkalmazható előnyösen, ahol vízszintes irányban korlátozott a munkaterület, de függőlegesen elegendő hely áll rendelkezésre. Az ingakemence az előző típustól abban tér el, hogy ennél a falazat nemcsak függőlegesen, hanem oldal irányban is elmozdítható. Rendszerint egymás mellett két, füstelszívó járatokkal ellátott kemencepadozatot építenek ki, és míg az egyiken – a ráhelyezett kemencefalazat alatt – az égetés folyik, addig a másikra elhelyezik a nyers termékeket. Az égetési ciklus befejezése után a kemencefalat átemelik az előkészített rakat fölé, majd ott leengedve elkezdhetik a hőérlelést. A viszonylag bonyolult mozgató mechanizmus miatt, csak akkor alkalmazható előnyösen, ha olyan termék gyártásáról van szó, amely nyers állapotban különösen érzékeny a mozgatásra. A folyamatos üzemű aknakemencék fajlagos energia-felhasználása és hőtechnikai hatásfoka sokkal kedvezőbb, mint a szakaszos üzeműeké, mivel ezeknél nem jelentkezik égetési ciklusonként a falazat felfűtéséből, ill. lehűtéséből származó hőveszteség. Az alagútkemencében a termék továbbítására sínen mozgó kemencekocsikat, tolólapokat, görgőket, léptető berendezéseket, vagy légpárnás szállítóberendezést használnak. Ez utóbbiakat főleg vékonyfalú edényárúk (csészék, tányérok, stb.) égetésére használják. 1

10 3

8 5 9

7 6

4

2

1. tűzálló falazat 2. kemencekocsi 3. kiégetendő termék 4. égető kamra 5. bordázott kamrafal 6. elszívó csatorna 7. égőfej 8. levegő csatlakozócső 9. levegővezeték tolózár 10. égéslevegő fővezeték

4.25. ábra. Közvetett fűtésű alagútkemence keresztmetszete

A 4.25. ábrán bemutatott közvetett fűtésű alagútkemencénél a termék (3) a tűzálló falazattal burkolt alagútban (1), kemencekocsira (2) rakodva halad végig. Az égőfejek (7) a kamra két oldalán úgy vannak elhelyezve, hogy a forró füstgázok az égető kamra (4) tűzálló falazatán (5) keresztül sugárzással hevítse fel a kemence légterét. A jobb hőátadás végett az égető kamra falazatát bordázattal látják el, és a bordázatot úgy irányítják, hogy a felmelegített levegőben cirkulációs áramlás jöjjön létre. Az égéslevegőt az alagút hőszigetelt burkolatán belül elhelyezett csővezetéken (8, 10) keresztül előmelegítve juttatják be az égőfejekhez. Az alagútkemencék két végét ajtókkal, zsilipekkel, vagy megfelelő légáramlással zárják el a környezeti tértől. Ez utóbbi esetben a füstgáz elszívó csatornát úgy alakítják ki, hogy a bejárati oldalon létrejövő depresszió, a kijáratnál pedig a ventillátorok által szállított levegőzsilip akadályozza meg a külső levegő beáramlását. A finomkerámia iparban használatos alagútkemencék jellemző keresztmetszeti mérete (a magasság és a szélesség viszonyszáma) a korábbi, klasszikus 2:1 arányról az elmúlt években jelentősen megváltozott. Egyes berendezések méretaránya a 0,1:1 arányt is megközelíti. Ezekben a csatornás-, ill. réskemencékben a terméket kis magasságú rakatban, vagy egyedileg továbbítják, és ezáltal sokkal kisebb a hőmérséklet különbség a hőkezelt árú felülete és

- 101 belső magja, valamint a rakat felülete és belső részei között. Ennek következménye egyrészt a termék minőségében jelentkezik, másrészt lerövidíthető a hőkezelés időtartama, és az alagútkemencék hossza is csökkenthető. A réskemencék egyik speciális típusa az un. sokcsatornás tolólapos kemence, amely kis falvastagságú kerámiák (majolika, burkolólap) égetésénél alkalmazható. A nyers kerámiát tűzálló tolólapokra helyezik, majd azokat végigvezetik a több emeleten, és több sorban egymás mellett elhelyezett csatornákban kialakított tűztéren. A berendezést rendszerint elektromos árammal fűtik. 4.2.5. Mérő- és szabályozó berendezések A kerámia anyagok gyártási technológiájának az egyik legkritikusabb művelete a hőkezelés, mivel az elkészült termékek legfontosabb tulajdonságait (szilárdság, kopásállóság, élettartam, stb.) – az alapanyag összetétele mellett – a hőkezelési folyamat határozza meg, ezért az égetés során nagyon sokféle jellemzőt kell mérni, ill. előírt értéken tartani: − − − − − − −

a kemence hőmérséklete a hőkezelés különböző szakaszaiban; a tüzelőanyag (gáz, olaj) és a levegő nyomása és mennyisége; a tüzelőanyag és a levegő keverési aránya; a tüzelőanyag fűtőértéke; a kemence légterének nyomása; az elszívócsatorna depressziója; a kemencetér CO2-, ill. CO- vagy O2 -tartalma.

A gáz- és olajfűtésű kemencék egyes zónáinak hőmérsékletét közvetett módon (a fűtőanyag és a levegő nyomása, mennyisége, aránya megváltoztatásával) lehet szabályozni. Az alacsonyabb hőmérsékletű tartományban kb. 500 oC-ig általában határérték-kapcsolós hőmérőt használnak. Ennél magasabb hőmérsékleteken a tágulórudas hőmérséklet szabályozót alkalmazzák, melynek működési vázlatát a 4.26/a. ábra mutatja. A kemence falazatába (1) beépíthető érzékelő egy alig táguló invárötvözetből készített csőből (2), és az abban elhelyezett, nagy lineáris hőtágulási együtthatójú pálcából (3) áll. A pálcán lévő kengyelbe benyúló billenőkar (5) egyik véghelyzetét egy alapérték állító csavarral (4) állítják be. Amennyiben az érzékelőcső megnyúlása elér egy bizonyos határértéket, a kapcsoló (6) összezár, így annak villamos jele működésbe hozza a hőmérséklet változtatását végző beavatkozó szervet. a.

4

5

b. 6

3

8 2

7

6 1

9 10

1

1. kemence falazat 2. érzékelő cső 3. pálca 4. alapérték állító csavar 5. billenőkar 6. kapcsoló 7. hőelem 8. mágnesszelep 9. kisegítő vezeték 10. fővezeték 11. égőfej

4.26. ábra. Hőmérséklet szabályozás kétállású kapcsolóval a./ tágulórudas hőmérséklet szabályozó elve, b./ a szabályozási folyamat elvi vázlata. A 4.26/b. ábra egy gáztüzelésű, folyamatos üzemű kemence kétállású kapcsolós szabályozási folyamatának elvi vázlatát mutatja. Ennél a kemence adott pontjára beépített hőelem

- 102 (7) méri a légtér tényleges hőmérsékletét. A hőmérséklettel arányos jel működteti – a beállított alapértéknek megfelelően – a kétállású kapcsolót (6), amely nyitja, vagy zárja a beadagolt gáz összes mennyiségét meghatározó mágnesszelepet (8). A bemutatott rendszernél a szabályozókör csak egy járulékos gáz-levegő keveréket (9) adagol, a technológia által megkívánt hőmérséklet biztosítására szolgáló alapmennyiség a fővezetéken (10) jut el a gázégőhöz (11). A szakaszos szabályozó berendezések (a késési, vagy holt idő miatt) csak egy bizonyos időeltolással képesek követni, ill. szabályozni az égési folyamatot. Emiatt a hőmérséklet egy alapérték körül ingadozik. A változás mértéke kis holtidejű érzékelőkkel, vagy termikus, ill. elektromos visszavezetéssel csökkenthető. A szakaszos üzemű kemencék hőmérséklet szabályozása, nem helyhez, hanem időhöz kötött. Ezeknél a berendezéseknél általában a programtárcsás hőmérséklet szabályozást alkalmazzák, melynek lényege, hogy az adott időpontban mért hőfokot mindig a hőkezelési program által meghatározott alapértékkel veti össze, és az eltérés irányának megfelelően növeli, vagy csökkenti a kemence hőmérsékletét. A technológiai folyamat által előírt alapértékeket egy óraművel forgatott programtárcsára viszik fel, így a berendezés a hőmérséklet érzékelő jelét mindig az adott időponthoz tartozó alapértékkel hasonlítja össze. Az égők stabil üzemeltetése érdekében szükség van arra, hogy a fűtőanyag mindig az adott hőmérsékletnek megfelelő nyomással érkezzék az égőfejbe. Ellenkező esetben a láng leszakadhat, vagy visszacsapódhat, ami instabillá teszi az égetési folyamatot. A gáznyomás szabályozására rendszerint folyamatos gáznyomás szabályozó berendezéseket használnak, melyeket elektromos, pneumatikus, vagy hidraulikus segédenergiával működtetnek. A nyomás szabályozás elve az, hogy az érzékelő által mért pillanatnyi nyomást, egy különbségképző összehasonlítja a szükséges értékkel, és ennek alapján a rendelkező szerv segédmotor segítségével működteti a beavatkozó szervet (szelepet, csappantyút). A 4.27/a. ábrán egy villamos motorral működtetett gáznyomás szabályozókör kapcsolási vázlata látható. Ennél az égőfejbe belépő gáz nyomását a vezetékhez (1) csatlakozó membrán (2) érzékeli. A membrán (nyomással arányos) elmozdulása egy potenciométer (3) csúszkájához csatlakozik, melynek áramköre szabályozza egy szervomotor (4) segítségével a vezetékbe beépített csappantyú (5) elmozdulását. a.

b.

Um

U 1

11 10

M

3

2

4 9

5

1

7

8

6

1. gázvezeték 2. membrán 3. potenciométer 4. szervomotor 5. csappantyú 6. membrános nyomásérzékelő 7. sugárcső 8. rugó 9. állító csavar 10. munkahenger 11. pillangószelep.

4.27. ábra. Gáznyomás szabályozása a./ villamos-, b./ hidraulikus segédenergiával működtetett szabályozó A finomkerámia iparban megbízhatóságuk és könnyű kezelésűk miatt igen elterjedtek a hidraulikus segédenergiával működő gáznyomás szabályozók (4.27/b. ábra). Az égőfejhez áramló gáz nyomását membrános nyomásérzékelő (6) méri. A membrán az olajat átáramoltató sugárcsőre (7) támaszkodik. A sugárcső alaphelyzetét egy állító csavarral (9) előfeszített rugó (8) biztosítja. Ha a csővezetékben (1) nagyobb a nyomás, mint az előírt érték, a sugárcső elfordul (ábrán: balra), így az olaj a munkahenger (10) dugattyúja alatti térbe áramlik, így a dugattyú felfelé mozdul el. Ennek hatására a pillangószelep (11) záró irányba fordul el, tehát

- 103 megnövekszik az áramlási ellenállás, ezért a pillangószelep után lecsökken a nyomás. Ellenkező esetben a sugárcső az olajat a dugattyú fölé szállítja, így ekkor a pillangószelep a nyitó irányba fordul el. Az előzőekben ismertetett szabályozási módokat P szabályozásnak (proporcionális, vagy arányos szabályozásnak) nevezzük. A P szabályozó stabil, de viszonylag pontatlan. A szabályozás pontossága növelhető, ill. a holt idők lecsökkenthetők az un. PI jellegű (arányos és integráló) szabályozással. Ennek lényege, a szelep mozgását a vezetékben mért nyomás, és a szabályozó köri nyomás együttesen határozzák meg. A 4.28. ábrán bemutatott PI jellegű hidraulikus gáznyomás szabályozó fő szerkezeti egységei nagyrészt azonosak a P jellegű szabályozóéval (4.27/b. ábra). Az olaj azonban a sugárcsőből (3) egy segéd munkahenger (6) közvetítésével jut el a pillangószelepet (5) mozgató munkahengerbe (4). A segéd dugattyú alaphelyzetét egy állítható előfeszítésű rugó (7), valamint a sugárcsövet megtámasztó rugó együttesen határozza meg. A segéd dugattyú elmozdulásakor a rugókon beállított erő kényszeríti a segéd hengerben lévő olajat a fojtáson (8) keresztül az egyik hengerfélből a másikba átáramlani, ugyanakkor a segéd dugattyú elmozdulása egy himba (9) közvetítésével hat a sugárcső pillanatnyi helyzetére. Ez a fékező visszavezetés azt eredményezi, hogy a PI jellegű szabályozó nagyobb pontossággal képes állandó értéken tartani az égőfejbe érkező gáz nyomását.

1

7

6

5

9 4 8 3

2

1. gázvezeték 2. membrános nyomásérzékelő 3. sugárcső 4. munkahenger 5. pillangószelep 6. segéd munkahenger 7. beállító rugó 8. fojtószelep 9. himba

4.28. ábra. PI jellegű gáznyomás szabályozó

A gáz-, vagy levegőmennyiség szabályozók elvi felépítése azonos a nyomás szabályozókéval, csak az érzékelő eltérő jellegű. Az áramló közeg mennyiségének meghatározására rendszerint fojtóelemet (mérőperem, vagy mérőszegmens) használnak, és mérik a fojtás előtti és utáni nyomáskülönbséget.