طرز تهیه دوغاب سرامیک ریخته گری و چگونگی آماده سازی آن
اگر جهت شکل دادن فراورده ها “روش ریخته گری” موردنظر باشد، مخلوط مواد اولیه لزوما باید به صورت دوغاب مورد استفاده قرار گیرد. در این قسمت می خواهیم چگونگی تهیه و آماده سازی دوغاب سرامیک ریخته گری را مورد بحث قرار دهیم. بطور صنعتی دوغاب ریخته گری معمولا و به طور عمده به دو روش می تواند تهیه گردد، با استفاده از کیک های پالایه و نیز تهیه مستقیم. با شهر سفال همراه باشید.
بیشتر بدانید: روش های ساخت سرامیک چیست؟
تهیه دوغاب ریخته گری با استفاده از کیکهای پالایه
انتخاب روش تهیه دوغاب ریخته گری به طور عمده به مقدار دوغاب سرامیک مورد نیاز در خط تولید بستگی دارد. روش تهیه دوغاب ریخته گری با استفاده از کیکهای پالایه، معمولا در شرایطی استفاده می شود که روش عمده تولید در کارخانه، روش پلاستیک بوده و مقدار تولید به روش ریخته گری نسبتا کم است، به عنوان مثال در کارخانجات تولید ظروف غذاخوری.
در این روش عمل اختلاط و همگنی درهمزن ها انجام می شود بدین ترتیب که آب و روان کننده ( که معمولا سیلیکات و کربنات سدیم است)، به مقدار مورد نیاز به داخل همزن ریخته شده و سپس در هنگام چرخش مخلوط کننده کیکهای پالایه به مقدار متناسب در داخل همزن بارگیری می گردند.
زمان چرخش، درصورتی که از همزنهای معمولی استفاده شود، معمولا حدود ۲ ساعت می باشد. بدیهی است که چنانچه از ” همزن هایی با سرعت زیاد ” استفاده گردد، زمان چرخش نیز به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. بعد از اتمام عمل، گرانروانی و وزن مخصوص دوغاب اندازه گیری شده و در صورتی که مقادیر مورد تأیید باشند، دوغاب از همزن تخلیه شده و در یک حوضچه انبار می گردد. با این توضیحات تهیه دوغاب ریخته گری طبق این روش مستلزم طی مراحل زیر خواهد بود:
الف) تهیه دوغاب اولیه بدنه با مقدار آبی حدود ۵۲ تا ۵۷ درصد یا وزن مخصوص حدود ۱/۴ تا ۱/۳۵ (gr/cm3)
ب) پالایش دوغاب اولیه و تهیه خمیر (کیک) با مقدار آبی حدود ۲۳ درصد یا وزن مخصوص حدود ۱/۸۶
ج ) تهیه دوغاب نهایی در داخل همزن با مقدار آبی حدود ۲۸ درصد یا وزن مخصوص حدود ۱/۸
این روش معمولا در مقایسه با روش تهیه مستقیم، به کارگر و ماشین آلات بیشتری احتیاج داشته و بنابراین از این نظر مقرون به صرفه نیست. ولی در عین حال باید به مهم ترین مزیت این روش یعنی خروج نمک های محلول در هنگام پالایش دوغاب اولیه توجه داشت.
طرز تهیه دوغاب سرامیک ریخته گری به روش مستقیم
روش ” تهیه مستقیم” به طور معمول در شرایطی مورد استفاده قرار می گیرد که حجم دوغاب سرامیک مورد نیاز کارخانه زیاد باشد. به عنوان مثال در تولید سرامیک های بهداشتی که تمامی فراورده ها به روش ریخته گری شکل می گیرند، معمولا از این روش استفاده می شود. در این روش، دوغاب ریخته گری مستقیما از اختلاط مواد اولیه (به صورت دوغاب و نیز به صورت خشک )، روان کننده و آب (به مقادیر متناسب جهت ایجاد وزن مخصوص و گرانروانی مورد نظر) بوجود می آید.
نحوه عمل بدین ترتیب است که ابتدا بال کلی مصرفی، با آب و به همراه مقداری روان کننده مورد نیاز دوغاب، در همزن هایی با سرعت زیاد مخلوط می گردد. این عمل (استفاده از مقدار زیادی روان کننده) به این علت انجام می شود که ذرات بال کلی هنگامی که با آب مخلوط می گردند تمایل زیادی به کلوخه شدن و تجمع دارند، روان شدگی دوغاب بال کلی باعث می گردد که تمایل ذرات بال کلی به کلوخه شدن و تجمع تا حدود زیادی کاهش یافته و به عبارت دیگر ذرات بال کلی راحت تر با آب مخلوط شده و در آن پخش و منتشر گردند.
در هر صورت پس از تهیه دوغاب بال کلی معمولا دوغاب سیلبس به آن اضافه می شود . در این شرایط وزن مخصوص دوغاب ریخته گری و نتیجتا مقدار مواد جامد موجود، بسیار کمتر از مقدار مورد نظر است به همین دلیل بقیه مواد یعنی کائولن و گداز آورها معمولا به صورت خشک به دوغاب اضافه می گردند. در هر حال، نسبت اختلاط مواد اولیه، آب و روان کننده باید به نحوی تعیین گردد که نهایتا دوغاب ریخته گری موجود در حوضچه با همزن دقیقا دارای وزن مخصوص مورد نظر (حدود ۱/۸ – ۱/۷) باشد. بعد از این مرحله، دوغاب موجود (جهت حذف ذرات مجتمع بال کلی و دیگر ذرات درشت) از الک عبور داده می شود.
التهابی که دراین مرحله از تولید مورد استفاده قرار می گیرند دارای چشمه های درشتی می باشند (به طور معمول توری های شماره ۸۰ مصرف می شود) چرا که الک کردن دوغابی با گرانروانی و وزن مخصوص بالا، به طور کلی بسیار مشکل بوده و این مورد در حقیقت مهم ترین نقطه ضعف روش مستقیم است. درعین حال باید به مزیت این روش یعنی حذف مرحله پالایش نیز توجه داشت. بدیهی است که با حد مرحله پالایش اگر چه مسئله وجود نمک های محلول در دوغاب مطرح می گردد ولی در هر صورت از نظر ماشین آلات و نیروی کار، صرفه جویی قابل ملاحظه ای صورت می گیرد.
به هرحال، دوغاب سرامیک ریخته گری پس از تهیه (اعم از اینکه به روش مستقیم تهیه شده باشد و یا با استفاده از کیکهای پالایه) برای مدتی، حداقل ۴۸ ساعت، انبار شده و سپس مورد استفاده قرار میگیرد. جهت تبیین علت انبار نمودن دوغاب ریخته گری باید توضیح داده شود که به طور کلی بعد از تهیه دوغاب، بسیاری از خواص آن (از جمله گرانروانی) می تواند بعد از مدتی تغییر نماید. علت این پدیده به طور ساده، نفوذ آب به داخل ذرات درشت رس ها و نتیجتا تقسیم و ریزتر شدن ذرات آن هاست.
در مورد دوغاب ریخته گری منعقد این تغییرات می تواند به آهستگی حتی تا چندین هفته ادامه یابد، ولی در دوغاب های روان شده سرعت تغییرات بیشتر بوده و به همین دلیل معمولا انبار نمودن دوغاب ریخته گری برای مدتی، حدود دو روز به منظور تثبیت نسبی خواص دوغاب، و درنتیجه کنترل دقیق تر بر خواص آن کافی خواهد بود.
در انتهای این بحث جا دارد اشاره گردد که روشهای مذکور جهت تهیه دوغاب ریخته گری اگر چه رایج ترین روش ها می باشند ولی تنها روشهای موجود نیستند، به عنوان مثال در روش های مذکور ممکن است به جای استفاده از همزن، مستقیما از آسیاب گلوله ای جهت اختلاط مواد استفاده گردد. چنین روشهایی اگر چه در مجموع و در سطح جهان کمتر مورد استفاده قرار می گیرند ولی در بعضی از کشورهای اروپایی و نیز در ایران، رایج می باشند.
بیشتر بدانید: سرامیک چیست؟
تهیه و آماده سازی پودر بدنه
بعضی از سرامیک های ظریف، به عنوان مثال کاشی های دیواری به وسیله “تحت فشار قرار گرفتن پودر بدنه ” در دستگاه پرس شکل می گیرند. در قسمت فعلی چگونگی تهیه پودر بدنه مورد بحث قرار می گیرد. برای انجام این عمل به طور کلی دو روش رایج می باشد. تهیه پودر بدنه با استفاده از کیکهای پالایه و نیز تهیه پودر به روش مستقیم.
↵جهت مشاهده محصولات شهر سفال از قسمت فروشگاه بازدید کنید
تهیه پودر بدنه با استفاده از کیکهای پالایه
امروزه روش تهیه پودر بدنه با استفاده از کیکهای پالایه تقریبا روشی قدیمی و سنتی محسوب می شود. علی رغم این مورد باتوجه به اینکه هنوز در بعضی از کارخانجات از این روش استفاده می شود لازم است به طور مختصر به آن اشاره گردد. همچنان که از نام این روش نیز مشخص است، در این روش پودر بدنه با استفاده از کیکهای پالايه تهیه می گردد. به طور معمول پودر بدنه با توجه به شرایط مشخص (به عنوان مثال فشار دستگاه پرس )، باید دارای مقدار آبی حدود ۷_۹ درصد باشد.
جهت کاهش مقدار آب موجود در کیکهای پالایه (از حدود ۱۹ الی ۲۵ درصد به ۷ تا ۹ درصد)، آنها مستقیما بعد از خروج از پالایه وارد خشک کن می گردند. حرارت خشک کن معمولا از حرارت خارج شده از قسمت خنک کننده کوره تامین می گردد. بعد از خشک شدن کیکها تا حد مورد نظر، آنها در آسیاب خرد شده و بعد از عبور از الک مورد استفاده قرار گرفته و یا انبار می گردند. در این روش کنترل دقیق مقدار آب موجود در کیکهای تقریبا خشک شده، بسیار مشکل است.
بنابراین به طور معمول به کیکها اجازه داده می شود که در داخل خشک کن بیشتر از حد مورد نظر خشک گردند، سپس قبل از آسیاب نمودن آب مورد نیاز یا مستقيما به مواد خشک شده اضافه گردیده و یا به صورت کیکهای نسبتا مرطوب با آنها مخلوط می شود . در هر صورت، انبار نمودن پودر حاصل امکان همگنی بیشتر رطوبت را بوجود خواهد آورد.
تهیه پودر بدنه به روش مستقیم
این روش رایج ترین روش جهت تهیه پودر بدنه می باشد. در روش مستقیم، به جای استفاده از کیک های پالابه، دوغاب بدنه (دقيقا مشابه دوغاب ریخته گری) جهت تهیه پودر مورد استفاده قرار می گیرد. بدیهی است که جهت بازدهی بیشتر، دوغاب مصرفی در این مورد نیز مانند دوغاب ریخته گری باید حتی المقدور دارای ماده خشک بیشتر و یا به عبارت دیگر وزن مخصوص بالاتر باشد. بنابراین در این مورد نیز استفاده از روان کننده ها الزامی است. چنانچه در بدنه خاک نسوز استفاده شده باشد معمولا وزن مخصوص دوغاب نمی تواند بالاتر از ۱/۶۵ باشد.
در مورد روش تهیه دوغاب نیز باید اشاره گردد که مشابه دوغاب ریخته گری، دوغاب مورد نیاز جهت تهیه پودر نیز می تواند با استفاده از کیکهای پالایه و یا به روش مستقیم تهیه شود به هر صورت مسئله عمده در تهیه پودر بدنه، خشک کردن دوغاب و يا به عبارت دقیقتر کاهش مقدار آب موجود در آن می باشد. جهت انجام این عمل به طور معمول از دو نوع خشک کن استفاده می شود. “خشک کن غلطکی” و “خشک کن افشان یا پاشنده”.
خشک کن های غلطکی
استفاده از این خشک کن ها جهت تبدیل دوغاب بدنه به پودر، تقریبا قبل از ورود و استفاده از خشک کن های افشان در صنعت سرامیک رایج بوده و امروزه خشک کن های غلطکی در رقابت با خشک کن های افشان، تقریبا مقام خود را از دست داده اند. (البته صرفا در چهارچوب صنایع سرامیک)
خشک کن های غلطکی به طور ساده از غلطک یا غلطک هایی تشکیل گردیده اند، این غلطکها معمولا به وسیله بخار آب گرم شده و قسمت پایین آنها با دوغاب بدنه در تماس می باشند، نتیجتا روی غلطک لایه نازکی از دوغاب چسبیده که در خلال گردش غلطک خشک می شود. سپس لایه خشک شده بعد از اینکه غلطک دور خود را طی نمود به وسیله یک تیغه جدا می گردد.
در این شرایط حرارت مواد خشک نسبتا زیاد است، بنابراین بعد از جدا شدن قطعات خشک شده ( و در واقع نیمه خشک شده ) از غلطک، عمل خشک شدن همچنان ادامه می یابد. به همین دلیل معمولا حرارت غلطکها به نحوی تعیین می گردد که مقدار رطوبت موجود در لایه بدنه، در آخرین لحظه تماس با سطح غلطکها کمی بیشتر از مقدار مورد نظر باشد.
خشک کن های افشان یا پاشنده
همچنان که اشاره گردید امروزه در صنعت سرامیک، خشک کن های افشان رایج ترین وسیله جهت تهیه پودر می باشند. این نوع خشک کن ها اگر چه از مدتها قبل در تولید بعضی از مواد غذایی به عنوان مثال شیر خشک و قهوه بکار می رفتند ولی در صنعت سرامیک، می توان گفت که هنوز دستگاه های نسبتا جديد بشمار می آیند.
بطور کاملا ساده و خلاصه، در خشک کن های افشان دوغاب بدنه به وسیله پاشیده شدن و برخورد با گازهای داغ خشک شده و به پودر تبدیل می گردد . این خشک کن ها اساسا از استوانه هایی از جنس فولاد ضد زنگ ساخته شده اند. قسمت پایین استوانه به یک مخروط ختم می شود. محل ورود دوغاب بداخل فضای استوانه می تواند در پایین (قسمت مخروطی) و یا در بالای خشک کن باشد.
عمل ” پاشیدن دوغاب نیز معمولا” به دو روش انجام می شود. در روش اول دوغاب سرامیک ریخته گری به وسیله عبور از میان یک صفحه دوار (با سرعت زیاد) در فضای خشک کن پاشیده می شود. در روش دوم (که در صنایع سرامیک بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد) پاشیده شدن دوغاب مستلزم عبور آن از وسط یک “شیپوره” است. حرارت مورد نیاز این خشک کن ها نیز معمولا از سوختن نفت و یا گاز تامین می شود. بدین صورت که گازهای حاصل از احتراق مستقيما وارد فضای خشک کن شده و با قطرات ریز دوغاب برخورد می نمایند.
با این توضیحات بدیهی است که چنانچه عمل پاشیدن دوغاب از پایین به طرف بالا انجام شود زمان تماس گازهای داغ با قطرات ریز دوغاب افزایش خواهد یافت، ولی در هر صورت در خشک کن های افشان زمان تماس هوای داغ با قطرات دوغاب در مجموع بسیار کم است. دمای گازهای ورودی معمولا بین ۷۵ تا ۱۰۰ می باشد. بنابراین با توجه به زمان بسیار کم برخورد مواد اولیه و گازهای داغ، بدیهی است که تعادل حرارتی بین این دو برقرار نخواهد شد و این موضوع نهایتا بدین معنی است که درجه حرارت مواد اولیه کمتر از مقدار مذکور می باشد.
با این همه و علی رغم زمان بسیار کم برخورد، عمل تبخیر در خشک کن های افشان بسیار سریع است. به هر حال این موارد در مجموع باعث می گردند که پودر بدنه حاصل در معرض حرارت بیش از حد قرار نگیرد و این موضوع نیز به نوبه خود بدین معنی است که ادامه عمل تبخیر پودر، به آن مفهومی که در مورد خشک کن های غلطکی اشاره شد، در مورد خشک کن های افشان مصداق ندارد و بنابراین درخشک کن های افشان امکان حصول به مقدار دقیق آب مورد نظر وجود خواهد داشت.
این مورد یکی از مهم ترین مزایای خشک کن های افشان در صنعت سرامیک است. علاوه بر این مورد، سرامیست ها، با دیدگاه خاص خود یک مزیت عمده دیگر را نیز در خشک کن های افشان مطرح می نمایند، این مزیت، شکل دانه ها و ذرات پودر حاصل از خشک کن های افشان است. به طور کلی ذرات پودر حاصل از خشک کن های افشان کروی می باشند. این شکل خاص باعث تسهیل در حرکت و غلطیدن ذرات پودر روی یکدیگر و در نتیجه شکل گیری بهتر آنها در داخل قالب هنگام اعمال فشار می گردد.
بدیهی است که چنانچه جهت تهیه پودر از روش ها و يا خشک کن های نوع دیگر استفاده شود به هیچ وجه چنین سهولتی در حرکت ذرات و پخش آنها وجود نخواهد داشت . ضمنا در پایان باید اشاره گردد که همچنان که در خشک کن های افشان، جهت بازیابی گرد و غبار مواد اولیه موجود در هوای خروجی معمولا از پالایه های کیسه ای و یا “سیکلونها ” در مسیر خروج هوا استفاده می گردد.