Manufacturing Process for Whitewareindustryeng.sut.ac.th/ceramic/old/course_link/41.pdfMilling of non-plastic materials Mixing of materials in therequired proportions to form thebody

Whitewares IV-1 manufacture 1

Manufacturing Process for Whiteware industry

Part IV (1)

Whitewares IV-1 manufacture 2

Industrial Processes

Milling of non-plastic materials

Mixing of materials in the required proportions to form the body

Preparation of the body in a suitable state for shaping

Shaping (slip casting, plastic, dust pressing)

Drying and fettling

Firing glazingGlost firing anddecoration

Whitewares IV-1 manufacture 3

Ceramic Forming

� Plasticity� Amount of water in body

การเตรยีมเนื้อดินเพื่อขึ้นรปูแบงไดเปน• การขึน้รูปโดยน้ําดินเหลว• การข ึ้นรูปดวยดินเหนียว• การขึน้รูปดวยดินผงชื้น• การขึน้รูปดวยดินผงแหง

For whiteware: slip casting, plastic making or dust pressing

Whitewares IV-1 manufacture 4

วิธีการขึน้รปูตางๆที่เกี่ยวของกับปริมาณน้ําและความดันที่ใช

Whitewares IV-1 manufacture 5

การขึน้รูปของเนื้อผลติภัณฑชนิดตางๆ

25 - 3012 - 25

Whitewares IV-1 manufacture 6

Preparation and purification of whiteware bodiesClay Feldspar Quartz

������������ ���� ����ก������ก���������ก����������ก���ก�� ��!�� ����

���� (A)

Spray dry & sieve

Granulated body ����ก�� (B)

��ก�� ��"���#$ �����!%�!%

De-airing pug

Plastic body (F)

�&��ก�� ���#$ ������������� Rheology

����!%"&��&!���!���'�

Spray dry & sieve

Granulated body ����ก�� (D)

Casting slip (C)

Filter press

Filter press cake

Plastic body (E)

De-airing pug

Granulated body (G)

Partially dry+mill

Whitewares IV-1 manufacture 7

�( ���"&����&)��%�)!��ก������*

+%�)������&)�,�)�����ก���+����"&������"-�.��%�

+%�)���"����%���#�)/ (B)

+%�)�����%���#�)/ ������)���"���+0� (F)

+%�)������1� 223�����'�ก������������ pug (E)������ก

ก����( �����+%�)���"����%���#�)/ (D)

ก����( �����1� 223�����'�ก��������� "��4�%��%���%��� (G)������

��!5�67/���&)���ก���+����,�)���

+%�)��������!5�67/ก������������ก��� (C)���#

���5�67/!��ก�����&)��( ���

Whitewares IV-1 manufacture 8

Applications of body preparation processes

Tile & electrical insulatorTablewareTile, tableware

Filter press, dry (G)

Spray drying (B)Spray drying (D)

granulate

Tableware, electrical insulator

Tablewaretableware

Filter press & pug (E)

Spray drying & intensive mixing (F)Direct preparation

Plastic

Tableware and sanitaryware

Filter pressing & blunging (c)Direct preparation from raw materials

Casting slip

applicationsPreparation processBody form

Whitewares IV-1 manufacture 9

Water contents for various body forms

Jiggering, jolleying, extrusion

19-2423-32plastic

Slip casting27-3537-54Slip

Wet pressing and dust pressing

15-1818-22granulate

Wet basisDry basis

Shaping process

Water content %wtBody form

Whitewares IV-1 manufacture 10

Clay preparation machines

� Milling (บดยอย ลดขนาด)

Primary crushing (3-4 cm)Ex. Jaw crusher, hammer millSecondary crushing (1-3 mm)Ex. Roll crushing

เครื่องบดถาดและลอบด (edge runner)เครื่องบดแบบคอนเหวี่ยง (Hammer mill)

Whitewares IV-1 manufacture 11

���(������������*

Whitewares IV-1 manufacture 12

Ball mill: การบดผสมและทฤษฎีการบด

Whitewares IV-1 manufacture 13

Grinding factors� Speed of the mill� Quantity of grinding media� Size & ratio of grinding media ขึน้กับขนาดของหมอบด� Type of grinding media� Quantity of material and medium� Consistency of the meterial� Initial particle size� Viscosity and density of slip� Deflocculant� Method of loading materials

Whitewares IV-1 manufacture 14

� ความเร็วของหมอบดลูกบดกลิ้งไปตามความเร็วของหมอบด เสียดสีกับวัตถุดิบที่อยูภายใน ทําใหวัตถุดิบถูกบดใหเล็กลง

คํานวณความเร็วรอบหมุนตอนาทีความเร็วรอบสูงสุด/นาที = 29.9 / √(รัศมีภายในหมอ (m)

ความเร็วรอบของหมอบด 60-80% ของความเร็วรอบสูงสุด� การใสวัตถุดิบในหมอบด

ลูกบด 50-55% mill vol.น้ํา 12-20% mill vol.วัตถุดิบ 20-25% mill volชองวาง 20-30% mill vol.

� การแยกขนาดของวัตถุดิบตะแกรงรอน

เมช = จํานวนชองตอ 1 ตร.นิ้วหินแกวและหินฟนมา ผาน 100 เมชดินขาวลาง ผาน 120 เมชดินเหนียวขาวลาง ผาน 200 เมช

Whitewares IV-1 manufacture 15

Quantity of grinding media

� Calculated the volume of inner mill

"&����'#: ���"/ ��)��"��9/

Whitewares IV-1 manufacture 16

ปริมาณของลูกบดใน ball mill

� จากการทดลองจะเห็นไดวา ชวงที่มีระดับลกูบดเทากับ ½ ของปริมาณหมอบด จะเปนชวงที่ใชเวลาในการบดนอยที่สุด และใหการกระจายตัวดีที่สุด ดังนั้นปริมาตรลกูบดที่ใชควรอยูในชวง 50-55 % ของปริมาณหมอบด

Whitewares IV-1 manufacture 17

ลูกบดทีใ่สเทากับ 55% ของปริมาตรหมอบด แตสวนที่เปนปริมาตรเฉพาะของลูกบดจะเปน 60% ของปริมาตรทีป่รากฏ

ปริมาณของลูกบดในหมอบด

ปริมาตรของลูกบดที่อยูในหมอบด = 55% (mill volume) x 60%= 33% (mill volume)

ปริมาณการเติมลูกบด = mill volume x 55% x 60% x density of grinding media= mill volume x 33% x density of grinding media

Whitewares IV-1 manufacture 18

ปริมาตรของชองวางระหวางลูกบดในหมอบด

� ไดจากการหักลบระหวางปริมาตรที่ 55% ของปรมิาตรหมอบด กับปริมาตรของลูกบดที่อยูในหมอบด= (55% - 33%) (mill volume) = 22% mill volume

Whitewares IV-1 manufacture 19

ปริมาตรที่ใชในการบดผสม

� สามารถใสวัตถุดิบไดเทากับปรมิาตรที่เปนชองวางระหวางลูกบดและสวนที่เหลือ แตตองมีชองวางเพื่อใหเกิดการบด 25% ของปรมิาตรหมอบด= (22% + 25%)(mill volume) = 47% mill volume

Whitewares IV-1 manufacture 20

���!���'ก��

ความหนาแนน (100 kg/m3)ลูกบดหินฟลินท 2.4ลูกบดปอรซเลน 2.3ลูกบด steatile porcelain 2.7ลูกบดอะลูมินาหนาแนนสงู 3.6ลูกบดเซอรคอน 3.7เซอรโคเนีย 5.5ลูกบดโลหะ 7.8ลูกบดทงัสเตนคารไบท 15.6

Whitewares IV-1 manufacture 21

เปรียบเทียบ grinding media ตางๆ

Very high5.9-6.1Very highVery highzirconia

Medium2.8-2.9MediumMedium to high

Steatite

Low2.65LowMediumPorcelain

High3.8HighHighAlumina

Low2.6Very lowLowPebble

Grinding efficiency

densitycostWear resist.Types

Whitewares IV-1 manufacture 22

Viscosity and density

� Viscosity �� ��

� Density ���slip ��ก��������� ��� �!"#����$�%��&�ก#%�"#����$�%�'!() ��ก���* ���+� ��, 5-10% 2�� 3����ก'��4��5���ก��$3 #����!ก��)5���4�3�6+� �� "#����$�%��!�ก7� ���2��89ก��"#���:�� #;

Whitewares IV-1 manufacture 23

สารชวยกระจายลอยตัว (deflocculant)� ประสิทธิภาพของสาร ที่มีผลตอการไหลตัวของน้ําสลิป เชน ความหนาแนน และ thixotropy

� ราคาของสารเมื่อเทียบกับปริมาณที่เติมลงในสูตร� ความสะดวกในการใชงานและการเก็บรักษา� ผลขางเคียงที่จะทําใหเกิดตําหนิในผลิตภัณฑ

Whitewares IV-1 manufacture 24

Method of loading

� Batch loading คํานึงถึงลําดับในการเติมวัตถุดิบ สารเติม และน้ํา เพื่อใหประสิทธิภาพในการบดสูงสุด

� Continuous loading ใชการ load แบบ batching scale แบบตอเนื่อง สงไปยงั hopper เหนือ ball mill

Whitewares IV-1 manufacture 25

� เครื่องแยกเหล็ก (magnetic separator)� เครื่องไฮโดรไซโคลน (Hydrocyclone)� เครื่องกวนดิน (Blunger)� เครื่องกวนผสมเร็ว (Rapid-mixer)� เครื่องอัดน้ําออกจากดิน (filter press)จากดินเหลวขนมีน้ํา 50% นําเปนขึ้นรปูตอดวย แปนหมุนหรือ

จิกเกอร� De-watering

Filter pressingSpray drying

Counter-current flow: pressure applied to the slip and the dimensions of the swirl chamber and orifice

Co-current flow: size of granules depend on speed of revolution of the disc.

Whitewares IV-1 manufacture 26

� เครื่องแยกเหล็ก (magnetic separator)� เครื่องไฮโดรไซโคลน (Hydrocyclone)� เครื่องกวนดิน (Blunger)� เครื่องกวนผสมเร็ว (Rapid-mixer)� เครื่องอัดน้ําออกจากดิน (filter press)จากดินเหลวขนมีน้ํา 50% นําเปนขึ้นรปูตอดวย แปนหมุนหรือ

จิกเกอร� De-watering

Filter pressingSpray drying

Counter-current flow: pressure applied to the slip and the dimensions of the swirl chamber and orifice

Co-current flow: size of granules depend on speed of revolution of the disc.

Whitewares IV-1 manufacture 27

Hydrocyclone is used for classifying fineSuspended particles. A 6-inch diameter cone has a capacity of around 100 g.,using an inlet pressure of 33 psi and with a separation range of 30 to 40 microns. Smaller cones will make a finer separation.

Hydrocyclone

Whitewares IV-1 manufacture 28

+��ก� ���� ��� ;,�� <,��

Whitewares IV-1 manufacture 29

Filter press

Hydraulic or mechanical pressure to close press

Whitewares IV-1 manufacture 30

เครื่องไลน้ํา (filter press) และเครือ่งรีดอากาศ (Extrusion)

Whitewares IV-1 manufacture 31

Spray dryer: controlSize and moisture content of the granulation� Feed slip concentration� Atomisation size (slip pressure or speed of disc)� Rate of flow of hot air and slip� Temperature of hot airPugging (de-airing)� Remove air inclusions� Moisture content within the plastic clay body� Max.workability, homogeneous and ready for use in a plastic-

making

� Jiggering (roller-head)� Jollying� Plastic pressing

Whitewares IV-1 manufacture 32

Spray dryers

Co-current: cocurrent spray-dryer with centrifugal atomizer

Mixed flow: spray-dryer withA nozzle atomizer

Whitewares IV-1 manufacture 33

Flow diagram ของการเตรยีมเนื้อผลิตภัณฑวิธีตางๆ

Whitewares IV-1 manufacture 34

การเตรยีมเนือ้ดินควอทซหรือซิลิกา 300 เมชเฟลดสปาร 200 เมชดินผานการลาง 325 เมช

การหาคาความชื้นของวัตถุดิบ

(น้ําหนกัวัตถุดิบเปยก – น้ําหนกัวัตถุดิบแหง)/ น้ําหนักวัตถุดิบแหง x 100

ตัวอยางวัตถุดิบตัวอยาง 100 กรัมอบที่ 110-150°Cน้ําหนกัแหง 88 กรัม

ดังนั้น ความชื้นของวัตถุดิบ = (100-88)/88 x 100 = 13.6%หรือวัตถุดิบแหง 1 กิโลกรัม ตองใชวัตถุดิบชื้น 1136 กรัมควรตรวจสอบความชื้น เปนระยะๆ กอนชั่งวัตถุดิบทุกครั้ง

Whitewares IV-1 manufacture 35

���+������������'#

Whitewares IV-1 manufacture 36

��"&��&��� Extrusion ���ก%���"&����&)�����!0 �'#

Whitewares IV-1 manufacture 37

การขึ้นรูปดวยแปนหมนุ (wheel throwing)� น้ํา และความชื้นในดิน 22-25%

การขึ้นรูปวิธีจิกเกอรและจอลลี่ (jiggering and jollying)� จิกเกอร: แบบพิมพปูนปลาสเตอรโคงนูนเปนรูปจานคว่ํา และใบมีดของแผน

โลหะเปนรูปดานนอกของกนจาน� จอลลี่: ตัวพิมพเปนพิมพเวาลงลึก และใบมีดแผนโลหะ เปนรูปตัดดานใน เชน

ถวยกาแฟ กระถาง ชามกนลึก� ดินสวนเกินประมาณ 25% ของการขึ้นรูป� ความเร็วของจิกเกอรกดดวยมือ 300-400 รอบ/นาที� ความเร็วรอบของเครื่องโรลเลอรเฮด 600-1000 รอบ/นาที� ความเร็วรอบของจิกเกอรขึ้นอยูกับความเหนียวของเนื้อดินและขนาดของชิ้นงาน� แบบพิมพมีความพรุนตัวประมาณ 30% และดูดซึมน้ําเทากันทุกชิ้น� ที่ขอบจานแหงเร็วกวาสวนกลาง ควบคุมโดยการทาน้ํามนัที่พิมพปลาสเตอร

บริเวณขอบจาน� อายุการใชงานของแบบ 190-200 ครั้ง

Whitewares IV-1 manufacture 38

Jiggering and jolleying

Whitewares IV-1 manufacture 39

การขึ้นรูปดวยโรลเลอรแมนชีน (Roller Machine)

� เร็วกวาจิกเกอร� แมพิมพดานลางถูกดดูดวยสุญญากาศ แมพิมพจะหมุนดวยความเร็ว

รอบประมาณ 500 รอบตอนาที หัวโรลเลอรมีรอบหมุนประมาณ 400 รอบตอนาที

� ใชเนื้อดนิมากกวาน้ําหนักผลิตภณัฑ ประมาณ 25% ในการขึ้นรูป� ตัง้อุณหภมูิใหหัวหมุนรอน 90-110°c� แบบพิมพปลาสเตอรคอนขางแข็ง มีอัตราสวนของน้ํานอยกวาพิมพ

จิกเกอร� เนื้อดนิละเอียดผานการบดและนวดดวยเครื่องสญุญากาศมาแลว มี

ความละเอียดมากกวาน้ําดินหลอเพื่อเพิ่มความเหนียว� ตองควบคมุความชืน้ของเนื้อดนิ� อุณหภมูิของหัวหมุนตองควบคมุใหเทากัน � ความเร็วรอบของหัวหมุนและแบบพิมพจะตองมีความสมัพันธกัน

Whitewares IV-1 manufacture 40

เครื่องโรลเลอรเฮดสําหรับทําถวยและจาน

Whitewares IV-1 manufacture 41

ก��!0 �'#+%�)�%�) Roller head

Whitewares IV-1 manufacture 42

ก�����&)������ก��!0 �'#�%�) Roller head

Whitewares IV-1 manufacture 43

การอบแหงกอนถอดแบบ

Whitewares IV-1 manufacture 44

Center Pip Fault

face

back

1.25 cm

Distance across diameter of the plate (cm)Dry-fire

d shrin

kage of thickness

�ก% ! �%,�)4�%������"&��#$�'#,����(��#��4�%��5��!������&)����ก� #������

Whitewares IV-1 manufacture 45

���(����ก������ ��ก����

Whitewares IV-1 manufacture 46

การขึ้นรูปถวยชามดวยวิธีอัดดนิผง (powder pressing)

� เครื่องอัดไฮโดรลิกที่มีกําลังแรงอัดสูง แมพิมพทําจากเหล็กชุบแข็งหรือซีเมนตคารไบด พิมพดานลางเคลือบทับดวยโพลียรูิเทน

� ผงอนุภาคของดินสวนที่ติดกับแผนเหล็กชุบแข็ง จะมีผิวเรียบมาก และมีความหนาแนนมากกวา ทําใหหดตัวนอย

ขอดีเทียบกับเครื่องโรลเลอรเฮด� เหมาะกับการขึ้นรูปดวยชามทุกรูปทรง� ไมตองใชแบบพิมพปลาสเตอรจํานวนมาก� ประหยัดเนื้อที่ในการผลิต� ไมมเีศษดินเหลือจากการอัดขึ้นรูป� ชิ้นงานแหงหลังจากการอัด ไมตองอบแหง� ไมมกีารหดตัวกอนเผา� ไมมรีอยตําหนิ ประหยัดเวลาในการตกแตงชิ้นงาน� มีรูปทรงภายหลังการเผาแนนอน หดตัวนอย� สามารถเปลี่ยนพิมพชุดใหมไดเร็ว

Whitewares IV-1 manufacture 47

ขอเสยีของเครื่องอัดแบบไฮดรอลิกเพรสเปรยีบเทียบกับโรลเลอรเฮด� ไมสามารถขึ้นรูปจานที่มีรอยขอบหยกั หรอืจานที่มีลวดลายละเอียด

เนื้อดนิมีความแข็งแกรงนอย ยังมีรูพรุนของเนื้อดนิอยูบาง� ลงทุนสงูกวาเครือ่งอัดถวยชามดวยดินฝุน Isostatic dry press� แรงอัดรอบทศิทาง 5000-100000 psi� มี spray drier ใชแบบพิมพโลหะ� ผานการบดเปยก แลวนํามาผสมใน ball mill เมื่อดนิละเอียดดแีลว

เตมิน้ํายาใหดนิมีความถวงจําเพาะมากกวา 1.7 ขึ้นไป กอนผาน spray drier

� เม็ดดนิกลม ไหลตวัดี เนื้อแนนหลังอัด ผวิเรียบสม่ําเสมอ

Whitewares IV-1 manufacture 48

การขึ้นรูปดวยวิธีอัดดินฝุน (semi-dry forming)

� ไมมีปญหาเรื่องเนื้อดินติดแบบ � ผลิตภัณฑหดตัวนอยขณะผึ่งแหงและหลังการเผา� ดินฝุนมีความชื้น 2-7 %

� กระเบื้องปูพื้นหรือผนัง มุงหลังคา ชิ้นสวนของอุปกรณไฟฟา อิฐทนไฟ แผนรองเตาเผา

� แบบพิมพชิ้นบนเปนตัวกด� แบบพิมพชิ้นลางเปนแทนรับ ซึ่งฝงอยูในกรอบโลหะ� กรอบโลหะที่มีรุปทรงตามเสนรอบนอกของกระเบื้อง� ดินฝุนแหง ความชื้น 2-7% ใชแรงอัด 300-500

kg/cm2 และดินฝุนกึ่งแหง ความชื้น 9-12% ใชแรงอัด 100-250 kg/cm2 และดินเหนียวความชื้น 15-20% ใชแรง 100-150 kg/cm2 เชน กระเบื้องขนาด 15x15 cm2 = 225 cm2 ถาใชเครื่องอัดขนาด 40 ตัน จะไดแรงอัด = 40,000/225 = 178 kg/cm2

Whitewares IV-1 manufacture 49

การขึ้นรูปดวยวิธีอัดดินเหนียว (Plastic pressing)

� ภาชนะถวยชามที่ไมไดเปนรูปทรงกลมที่มีขนาดใหญเกินกวาจะขึ้นรูปดวยวิธีหลอตนั

� ดนิเหนียวถูกอัดดวยเครือ่งอัดไฮโดรลิกแรงดนัสงู (ram press)� ใชแบบพิมพ 2 ชิน้ ยึดกับแทนอัดสวนบนและสวนลาง (เปนดานในและ

ดานนอกของผลิตภณัฑ)� กําลังแรงอัดสงูกวาเครื่องโรลเลอรเฮด แตต่ํากวาเครื่องอัดกระเบื้องที่อัด

ดวยดนิรวนผง� แบบพิมพตองทนทานตอแรงอัดของเครือ่งไดด ีและดดูซึมน้ําจากเนื้อ

ดนิดดีวย� ทอเล็กๆจํานวนมากที่ฝงในแบบพิมพทัง้สองชิน้ ขณะเครือ่งอัดทํางานจะ

พนละอองน้ําออกมาเคลือบบนผวิหนาของแบบพิมพ� ดนิเนื้อละเอียดเหนียวด ีความชืน้เทากับดินที่ขึ้นรูปดวยโรลเลอรเฮด

Whitewares IV-1 manufacture 50

Ram pressing

+ +

+ + +

++

--

- -

Whitewares IV-1 manufacture 51

Clay orientation effects� Surface makings on the ware or distortion ������#$��)��%"&�����

�(�������กก�������&)����!����5���� (��&)�) <0�����&ก�������%�)"&����ก���!���� ���������& ��ก!0 4��"&��&�'#���& ��(� �&����&�)�

� �ก% ! �%,�) ก��"��4�%��5�����&ก����ก����)��ก #4"�9"����&)�ก�����"&�ก��"����ก"&���� ���(� 4�%ก%���"&���������� "&�!��ก%�4�?�4ก�%��&)�ก����� ��(� 4�%ก%���"&��&�'#������%�)*ก���'#����!����"&������