بحث كامل عن صناعة السيراميك ..للأستاذ محمد محمود فهيم ( الجزء الرابع )


(timuchin) #1

التجفيف والحريق

[FONT=Arial][SIZE=4][COLOR=Blue]بقلم دائم التواصل ف ك / محمد محمود فهيم

نعود الي ما نقدم من حديث عن ملفات صناعة السيراميك ونتناول في هذه الحلقة موضوعين مرتبطين ببعضهما البعض وهما.
التجفيف ----الحريق
عملية التجفيف للجسم السيراميكى هي العملية التي تلي عملية الكبس والتشكيل .
والمقصود من هذه العملية تنقسم الي عاملين مهمين .
أولا . في السيراميك الذي تستخدم فيه تقنية الحريق لمرة واحدة تدخل هذه العملية في نزع الماء الحر من الجسم السيراميكى مما يكسب البلاطة جفاف وصلابة في نفس الوقت حيث أنه من المفترض أن لا تتعدي الرطوبة المتبقية يعد عملية التجفيف عن 0.8% وذلك لكي تكون جاهزة لاستقبال التطبيق علبها بالمواد المبطنة والمزججة حيث أن البلاط بعد التجفيف تخرج جافة الي حد ما ومكتسبة درجة حرارة تصل من 90:70 °م تقريبا مما يساعد علي تطبيق أبليكشن البطانة والجليز عليها وهذا ما سوف نتطرق له في الحلقة القادمة .
نعود الي مواصفات البلاط بعد التجفيف تذكر الكتب التي تتناول هذه العملية أنه يحدث انكماش بعد هذه العملية ولاكن الواقع العملي والفعلي يثبت أنه لا يحدث أي تغيير في الأبعاد بعد هذه العملية هذا بالنسبة للأبعاد .
درجة الحرارة التي يتم تجفيف البلاطة عندها في هذا المجفف تكون متدرجة من الأقل الي الاعلي وذلك لتفادي حدوث شروخ غير مرئية بالجسم السيراميكى نتيجة سرعة تدافع وخروج الماء الحر من جسم البلاطة وتحدث هذه الظاهرة غالبا في الإطار الخارجي للبلاطة أي علي الأضلاع الخارجية للبلاطة وتظهر هذه الشروخ وتكون مرئية بعد إتمام عملية الحريق .
· يجب أن يصل معدل الكسر للبلاط الجاف بعد عملية التجفيف الي قوة تصل من 25:20كجم /سم2 وذلك هام جدا في عملية الحريق SINGL FIRE حيث أن البلاط في هذه العملية تتعرض لاجهادات حركة وضغط من الشبلونات بما يجعلها تتأثر لو أن هذه العملية لم تكسب البلاطة الصلابة بالقدر الكاف وكذلك الجفاف للبلاطة يجعلها قادرة علي سحب الماء الخاص بالبطانة الجليز المساعدة علي تطبيق الألوان بعدها مباشرة علي خط الجليز .
· عملية التجفيف في نظام الحرقتين ترجع أهميته الي أن هذه العملية تنتج قبل الحريق للجسم السيراميكى للحصول علي البسكوت أي بلاطة جسم سيراميكى فخاري فقط دون وجود علية أي مواد سواء( بطانة أو جليز أو ألوان ) .
· الغرض من التجفيف هنا هي إكساب البلاطة صلابة تكون قادرة علي الحركة علي الرولات في الفرن دون أن يتم تهليك منها أي شيء وكذلك خروج الماء ببطء لعدم حدوث فرقعة داخل الفرن نتيجة تدافع بخار الماء .
· وهذه العملية تؤدى أيضا الى خروج جميع الماء الحر من البلاطة قبل دخولها الفرن حيث أن هذا الماء إذا تم دخول البلاطة وبها نسبة من الماء الحر أعلي من 1% يحدث انفجار للجسم السيراميكى داخل الفرن
· نتيجة تدافع الماء بسرعة الي خارج الجسم السيراميكى ويتم إتباع نفس الاسلوب في التجفيف بحيث لا
· تحدث شروخ داخل البلاطة بعد الحريق كما سبق ذكره .
· هذه نبذه مختصره عن عملية التجفيف للجسم السيراميكى .

وتلي هذه العملية مباشرة عملية الحريق وأيضا الحريق ينقسم الي قسمين حريق خاصة بنظام الحرقة الواحدة وحريق خاص بالحرقتين .
أولا نأخذ نبذة عن عملية الحريق بصورة عامة وبعدها نتناول الفارق بين الحرقتين والحرقة الواحدة بشيء من التفصيل

أولا الحريق *
هي عملية المقصود منها الحصول علي بلاطة متماسكة قوية تتحمل ألاستخدام التي تم عمل هذا المنتج من أجله وهي عملية سهله ظاهريا ولكنها في الأصل معقدة جدا حيث تحدث فيها عمليات تداخل للخامات وتكوين بلورات ومتراكبات جديدة من الأصول التي دخلت في عملية التجهيز وذلك للحصول علي خصائص ميكانيكية عالية .
· تتم هذه العملية في أفران بطول 80 متر تقريبا وعرض 2 متر تقريبا وتتحرك البلاطة داخل هذه الأفران نتيجة دوران رولات مصنوعة من الالومينا التي تتحمل درجات حرارة عالية حيث أن مجال حريق السيراميك يكون بين 1100°م الي 1180°م بحيث مادة هذه الرولات تكون قادرة علي المحافظة علي شكلها وتماسكها داخل هذا الجو الحراري وكذلك حمل البلاطة الذي يتم حركته علي الرولات .
· وتنقسم عملية الحريق في أفران السيراميك الي ثلاث مراحل أساسية وهي .
1- BREHEATING وهي عملية المقصود بها التجهيز للجسم قبل دخوله علي مناطق الحريق وتحدث في هذه المرحلة عملية خروج باقي الماء الحر الموجود في الجسم السيراميكى وكذلك الماء المرتبط والماء الهيجرسكوبي ويخرج الماء بجميع صورة في هذه المنطقة بحيث تعتبر هذه المنطقة منطقة تجهيز قبل منطقة الحريق الفعلي بالفرن .
* وهذه المنطقة تكتسب حرارتها من السحب للفرن في هذه المنطقة أي أن هناك موتور قوي بتم السحب الهواء الساخن من منطقة الحريق الي منطقة التجهيز وكذلك يتم طرد الغازات الناتجة من التفاعلات التي تحدث داخل الفرن من التخلص من الاكاسيد الناتجة من هذه التفاعلات مثالCO2 )) ( (SIO2 .
وهذه المنطقة حرارتها تصل الي 800 درجة وأيضا يتم رفع هذا المعدل بصورة منتظمة للحفاظ علي الجسم السيراميكى بدون تشوهات أو شرخ في الجسم السيراميكى .
· وفي نهايات هذه المنطقة تحدث بداية عملية التلبد للجسم السيراميكى بحيث تتقارب حبيبات الخامة من بعضها البعض وتتماسك ويحدث في هذه المرحلة أيضا تفكك وخروج غازات بصورة كبيرة وذلك لتهيئة الجسم السيراميكى للدخول في عملية التزجج وتكوين البلورات والسائل الزجاجي والناتج من مساعدة الاكاسيد القاعدية مع الالومينا و السيليكا والتي يكون مصدرها والفلدسبار والطفلة والمواد الداخلة في تركيب الجسم السيراميكى وهما العاملين الأساسيين في إكساب الجسم السيراميكى الصلابة الكافية .
ومن أهمية هذه المنطقة فى إنها تكون بمثابة المرحلة التمهدية للمراحل القادمة .
وهي منطقة الحريق FIRING وهى المنطقة التي يحدث بها الانكماش والتلبد الكامل للجسم والتسوية للبطانة و التزجج للجليز
وهذه المنطقة وحرارتها تقوم بتحديد درجة الانصهار للجليز وتحديد الأبعاد للبلاطة فمن الهام جدا فى هذه المرحلة أن تدخل البلاطة فى هذه المنطقة وتكون خالية جميعها من أي تفاعلات ينتج عنها غازات حيث أن خروج الغازات فى هذه المنطقة تؤدى الى مشاكل كثيرة فى منطقة الحريق وتحدث تشوية فى المنتج النهائي
المرحلة التالية وهى منطقة التبريد المفاجيء وهى منطقة يحدث فيها انخفاض حاد فى درجة الحرارة يصل الى 270درجة وهذه المرحلة هامة جدا للحفاظ على الجسم السيراميكى بحيث لا يحدث فيه شروخ على العكس من الشكل العام لانحدار الكرف الحراري حيث ترجع أهمية هذه المنطقة الي أنها تحدث إيقاف لتحولات السيليكا في الصورة البلورية له من ألفا أو بيتا والعكس حيث أن بلورة السيليكا بلورة متحولة في صورتين أحداهما ألفا الاخري بيتا تتحول ذهابا وإيابا وبما أن الحجم للبلورتين مختلف فمن الخطر جدا أن يحدث هذا التحول في

مرحلة التصلب للجسم السيراميكى حيث أنه إذا حدث سوف يخرج البلاطة بها شروخ كبيرة وكثيرة ولهذا يجب ألا يقل الفارق في هذه المنطقة عن 270°م فارق بين منطقة الحريق والمنطقة التي تليها وهي منطقة التبريد المفاجيء وهذه العملية تحدث تثبيت لبلورة السيليكا إما أن تكون ألفا وتبقي ألفا أبيتا وتبقي بيتا .
في منطقة الحريق والمناطق المجاورة لها توجد حرارات أعلي الرول وأسفل الرول أي أنه يحدث تعامل مع سطح البلاطة بحرارة والجسم الأسفل للبلاطة تتعامل بحرارة أخري أي أن هذه العملية يتم التحكم بها بحيث تخرج البلاطة مستقيمة وليس بها تقوس حيث أن القائم علي الأفران قادر علي تحريك البلاطة في التقوس لأعلي والأسفل من التحكم في فروق الحرارة في المنطقة الواحدة أسفل الرول وأعلي الرول .

وباختصار فان العمليات التي تتم فى مراحل الحريق المختلفة هي
1- عند درجه حرارة 200م خروج الماء من بين جزيئات المعادن ومن أمثلتها الماء الحر والماء الهجرسكوبى والماء الموجود بين صفائح الطفلة أو الكاولينا
2- مابين 350 الى 650 درجه يتم احتراق المواد العضوية التي تتواجد فى ألطينه أو البول كلاي كذلك تتحلل مركبات الكبريت إن وجدت وخروج غاز ثاني أكسيد الكربون والكبريت.
3- مابين 450 الى 650 درجه خروج ماء التبلر أو الماء المرتبط الناتج من بداية البناء البلوري .
4- مابين 500 الى 600يحدث تحلل للمواد الهيدروكسيد كذلك خروج غاز ثاني أكسيد الكربون الناتج من تفكك السلاسل الكربونية للمواد العضوية .
5- عند 700درجه تتحول السيليكا الحرة من التركيب البلوري ألفا كوارتز الى تركيب بلوري بيتا كوارتز وهذا التحول غير ثابت حيث انه تحول ترددي عند العودة بالكرف فى نهاية الحريق فى مرحله fast cooling
6- عند 800الى 900 درجه تتحلل كربونات الكالسيوم والناتجة من الحجر الجيري ويكون نتيجة التحلل خروج كميه كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون .
7- من 700 درجه الى درجه الحريق النهائي تحدث تغيرات متتابعة للبناء البلوري الى أن يتكون التركيب النهائي لمعادن الكوارتز السيليكا ألحره sio2 والفلدسبار بنوعيه الصوديومى والبوتاسيومى و الموليت ( 3AL2o3.2sio2 ) ويعتبر الموليت من اكثر المكونات ثباتا حراريا اى انه يحافظ على بناءه البلوري فى مدى واسع لدرجات الحرارة وحتى اكثر من 1500 درجه وهو يوفر للجسم السيراميكى مقاومه الصدم الحراري عند التبريد المفاجئ

بالنسبة للجليز الموضوع يختلف من حيث انه ينصهر جزئيا وهذا الانصهار لا يعنى التحول الى سائل وإلا لتساقط الجليز من أجناب ألبلاطه ولكن الانصهار يحدث بقوام عسلي غليظ بحيث يظل بقوه تؤثر سطحي عالي تحول دون سقوطه من أجناب ألبلاطه .
والعمليات التي تحدث للجسم السيراميكى تتوقف على عوامل عديدة منها على سبيل المثال لا الحصر
1- التركيب الكميائى مؤثر من حيث وجود العناصر ألفلزيه فى صوره اكاسيد قاعدية مثل ( الصوديوم – المغانيسيوم – البوتاسيوم ) وكثره هذه العناصر تعطى فرصه لانصهار السيليكا عند درجه حرارة اقل مما تكون عليه فى حاله غياب هذه العناصر
-
2- التركيب المعدني لمكونات ألخلطه هو عامل مؤثر فى امكانيه التحول الى الموليت فى مدى حريق المنتج حيث الموليت يبدأ بعد درجه حرارة 1000 درجه وباقي من المواد الغنية بالالومونيا .
3- توزيع الحجم الحبيبي للخامات قبل عمليه التشكيل له اثر فى عمليه الحريق للمنتج وفى التفاعلات بصفه خاصة حيث انه هو الأسرع فى التفاعل .
4- دوره الحريق : من الطبيعي أن زمن الحريق أو سرعة الحريق تؤثر سلبا أو إيجابا حسب طول الزمن أو قصره وعموما تفاعلات السيراميك غير كاملة وعموما إن زمن الحريق الأطول هو الأكثر أمانا حيث تتم التفاعلات بشكل تدريجي سواء فى مناطق قبل الحريق لخروج الغازات تدريجي أو فى التبريد لتفادى الصدم الحراري ( بعد منطقه fast cooling ) .
5- درجة الحرارة للحريق وهي تتناسب طرديا مع كمية التفاعلات لان درجة الحرارة العالية تسمح بمزيد التفاعلات وتكوين البلورات والسائل الزجاجي للمواد الداخلة في التفاعل .
6- الجو المحيط بالمنتج أثناء الحريق يؤثر علي بعض المواد الموجودة بالمنتج حيث تحتاج التفاعلات الي O2 داخل الفرن لتحرير CO2 الناتج من التفاعلات بالمواد العضوية حيث أنا إذا لم يتوفر O2 في جو الفرن من السهل أن تحدث ظاهرة احتباس الكربون داخل جسم البلاطة مكونا ما يسمي بالقلب الأسود (BLACKI CORE) .
7- معدل التبريد هام جدا في الحفاظ علي الجسم السيراميكى حيث أن التبريد السريع في منطقة معينة مطلوب لأسباب معينة وهي الحفاظ علي لماعية الجليز وكذلك تثبيت حالة الالفا سيليكا والبيتا سيليكا ومنهما التحول الترددي وما عدا ذلك بأنه يجب أن يكون التبريد يتدرج محسوب حتي لا يحدث شروخ في جسم البلاطة أو تشعير سطحي في طبقة الجليز .

·أهم العيوب التي تنتج من عملية الحريق .
1- اختلاف الأبعاد سواء علي مستوي الصف الواحد أو في أضلاع البلاطة الواحدة .
· حدد المشرع نسبة سماحية في فروق الأبعاد سواء المجموعات من البلاط التي تعبأ في كرتونة واحدة أو فروق في أبعاد البلاطة الواحدة وذلك بسبب طبيعة صناعة السيراميك فيجب أن لا يزيد الانحراف في الأبعاد عن الحد الاقصي المسموح به في المواصفات المصرية والتي تتواقف فنيا مع المواصفات الدولية للرجوع الي مواصفة الحدود (المواصفة المصرية القياسية 3168-5-2005 للأرضيات والمواصفة القياسية المصرية 3168-6-2005 للحوائط ) .
· ويرجع ذلك الي احتمال وجود عدم تجانس في جو الفرن الداخلي بالنسبة لدرجات الحرارة ويتم ضبط هذه العملية عن طريق ضبط ضغط الفرن حيث انتظام الضغط داخل الفرن يؤدي الي تجنيس درجة الحرارة داخل الفرن .
· هذا بالإضافة الي التأكد من أنه لا يوجد تسريب حراري من أجناب الفرن بصورة تؤدي علي الأبعاد المجاورة لجانب الفرن من البلاطة .

ومن العيوب التي تنتج من الأفران أيضا :-
* اختلاف المقاسات فى الصف الواحد للبلاط وخصوصا فى الأرضيات نظرا لارتفاع معدل الانكماش فى الأرضيات حيث يكون ما بين 4.5% الى 5% فإذا لم يكن الفرن منظم من حيث الضغوط التي تؤدى بدورها الى توزيع متجانس للحرارة داخل مساحة الفرن العرضية تحدث مشكلة اختلاف فى الأبعاد ما بين البلاط وبعضة ولتلافي هذه المشكلة هي التأكد من أن الضغوط داخل الفرن منظمة ومتساوية على الاجناب وفى وسط الفرن .
وكذلك يجب التأكد من انه لا يوجد تسريب حراري من جوانب الفرن حيث تؤدى هذه الظاهرة الى انخفاض الحرارة على اجناب الفرن وبالتالي كبر الأبعاد على الاجناب بالمقارنة بالمنتصف .
التقوس :
وهو عدم خروج البلاطة مستقيمة الأضلاع .
والتقوس له صورتان تقوس لأسفل

وتقوس لأعلى
وهذه الظاهرة تحدث من اختلاف في درجات الحريق عن المعدل الطبيعي بين الحرارة فوق الدول وتحت الدول .
1-تشوهات الجليز .
· وتشوهات الجليز تكون بصورة متعددة نذكر منها .
* الثقوب * الغليان * النمش
* الرايش علي سطح الجليز
* الأبعاد * التقوس
1- الثقوب :.
وهي ثقوب أبرية أو مخروطية تظهر من سطح الجليز والثقوب التي تعنيها في هذه المرحلة هو الثقب الذي يخترق الجليز والبطانة ويصل الي الجسم وهذا الثقب يكون ناتج من خروج غازات من جسم البلاطة في مناطق مجمعة وتخرج هذه الغازات في منطقة الانصهار للجليز محدثة ثقب في طبقات السطح للبلاطة وتحول البلاطة من فرز أول الي فرز ثاني أو ثالث حسب عدد الثقوب بالبلاطة .
ولتفادي حدوث هذه المشكلة يتم زيادة سيكل الفرن بحيث تستغرق البلاطة فترة أطول في منطقة التجهيز للعمل علي خروج جميع الغازات قبل منطقة الانصهار وكذلك زيادة منطقة التجهيز لإنهاء الغازات مبكرا .
2- الغليان :.
هو صورة كبيرة وتشوهات كثيرة للجليز وتكون لها أسباب عديدة منه .
1- سرعة سيكل الفرن بحيث تخرج غازات كثيرة في منطقة الانصهار وتشوه الجليز .
2- الانضغاط الذائد في كبس البلاط الأخضر مما يعيق خروج الغازات في منطقة التجهيز للبلاطة مما يؤدي الي خروجها في منطقة الانصهار للجليز .
3- ضيق ألمدي الحراري للجليز بحيث تصب حرارة الفرن في منطقة الانصهار للجليز الي الحد الحرج لانصهار الجليز فيجب أن يكون الجليز المستخدم له مدي حراري واسع للبعد عن المناطق الحرجة سواء في عدم الانصهار أو الغليان .
3- النمش :.
هو صورة مصغرة للغليان ويظهر في صورة نذب صغيرة جدا أو كثيفة وأسبابها مثل السابقة ولكنها تعتبر مؤشر لبداية الغليان .
4- الرايش علي سطح الجليز :.
* يحدث هذا في الأفران نتيجة تمدد جسم الفرن في منطقة التوصل المناطق مما يؤدي الي تساقط الرايش علي سطح الجليز ويندمج معه مسببا ألوان سوداء علي سطح الجليز ولتلافي هذه العيب بحيث الاحتفاظ لتوازن الحرارات بين المناطق لتفادي عملية التمدد والانكماش لجسم الفرن أثناء الحريق .
5- الشروخ :.
وتنقسم الشروخ الي أنواع عديدة منها شروخ سببها الفرن وشروخ أخري ميكانيكية في مراحل تسبق الفرن وهذه الشروخ لا يمكن للفرن التصرف معها .

· ولكن نحن بصدد الحديث عن الأفران فنتناول الشروخ التي تنتج من الفرن وهي نوعان .
1- شرخ كبير واضح ويكون في جسم البلاطة وطبقة الجليز معا هذا الشرخ نتيجة لعدم استقرار بلورات السيليكا في منطقة بعد الحريق (MILTING) وحلها هي التعامل مع منطقة (FAST COLING) وضبطها لتثبيت تحويل بلورة السيليكا من ألفا الي بيتا والعكس .
· وقد يحدث هذا الشرخ أيضا نتيجة صدمة البلاطة بهواء مباشر في الفرن بعد مرحلة الحريق .
2- شروخ شعرية :.
[/color][/size][/font]

* ويحدث هذا الشرخ في طبقة الجليز فقط ويمكن أن يتم رؤيته بالعين المجردة من المتخصصين أو عن طريق صبغة البلاط بالون الغامق يتم مسحه يتم مسحه ورؤية البلاط وهذا ينتج بنتيجة صدمة في منطقة التبريد العادي .

[CENTER][FONT=Arial]

[/font]
[COLOR=blue][FONT=Arial]إعداد وشرح

[/font][/color]
رئيس أقسام المعامل المركزية والواردات

للمجموعة المصرية للاستثمارات الصناعية

شركة سيراميكا بريما

ف/ك/محمد محمود فهيم

لأى إستفسارات يسعدنى أن استقبل تليفوناتكم على رقم

0101706021
[/center]


(system) #2