Çevre ve Şehircilik Bakanlığının Çed alanında Kapasitesinin Güçlendirilmesi için Teknik Yardım Projesi

6.1.Seramik Ürün Genel Üretim Süreci

Seramik ürünlerin imalatı farklı tür fırınlarda, çok çeşitli hammaddeler kullanılarak değişik şekil, boyut ve renklerde gerçekleştirilir. Bununla birlikte, üretim süreci tüm ürünler için benzer bir yapı izlemektedir. (bkz. Şekil )

6.1.1.Hammadde Depolama

Seramik ürünlerin üretiminde kullanılan kil, kaolin, feldispat, kuvars ve diğer hammaddelerin çoğu maden ocaklarından veya taş ocaklarından temin edilerek üretim tesisine nakledilir. Kilin üretim tesisi yakınlarındaki ocaklardan temin edilmesi durumunda, hammaddenin tesise nakli genellikle konveyör bantlar vasıtası gerçekleştirilir.

Ürün karakteristiğine ve üretim aşamasına bağlı olarak hammaddeler; açık stok sahası, kutularla ayrılmış depo alanı, büyük hacimli besleyiciler, tavlama siloları ve kuru silolarda depolanabilmektedir. Hammaddelerin depolandığı silolarda seviye göstergeleri, aşırı yük vanaları ile toz filtreleri veya tozlu hava çekme üniteleri bulunmalıdır. Bazı malzemeler sıvı veya çamur formunda temin edildiği için, özel tanklarda bekletilirler. [1]

Şekil Seramik Ürün Genel Üretim Süreci []

6.1.2.Hammadde Hazırlama

Hammaddenin boyutunun düşürülmesi ve ön harmanlama gibi hazırlık işlemleri taşocağında yapılır. Diğer taraftan, günümüzde daha sıkı olan teknik özellikleri karşılayabilmek için malzemenin daha kapsamlı bir hazırlık sürecinden geçmesi gerekmektedir. []

Ön kurutma: Kum gibi bazı ıslak malzemelerin akışan yataklı veya döner kurutucular vasıtasıyla kurutulması gerekebilir.

Ön harmanlama: Farklı kil malzemeler ocakta seçilerek kazınır ve yatay tabakalar halinde depolanır. Besleme malzemesi, yığından dikey olarak alındığında karışım sağlanmış olur.

Havalandırma/yağmurlama: Tuğla ve kiremit üretimi için büyük miktarda malzeme depolanması gerekir. Açık havada depolanan malzeme havanın etkisiyle yumuşar ve işlenebilirliği artar.

Birincil ve ikincil kırma, öğütme ve eleme: Çekiçli kırıcılar, kırıcı silindirler, kil öğütücü, şili değirmeni vb. ekipmanlar hammaddeleri parçalara ayırmak, düzleştirme ve homojenleştirmek için kullanılmaktadır. Genel olarak boyut küçültme işlemleri ile, 2 mm ve üstü tane boyutuna ulaşılır.

Kuru veya ıslak değirmen: Duvar ve yer karoları, refrakter ürünler ve sofra takımları gibi birçok seramik uygulaması için tane boyutunun daha fazla küçültülmesi gereklidir. Kuru veya ıslak merdaneli değirmenler, yaklaşık 1 mm çapında parçacıklar elde etmek için kullanılır. Bilyeli değirmenler ile daha küçük boyutlara ulaşılabilir.

Kuru eleme/hava ile sınıflandırma: Malzemenin birikmesini ve tıkanmayı önlemek için elektrikle ısıtılan titreşimli elekler kullanılır. Kuru tozun boyutlandırılması için ayırıcı siklonlar kullanılabilir.

Püskürtmeli kurutma: Duvar ve yer karosu, sofra ve süs eşyaları, teknik seramikler ve refrakter malzeme imalatında yoğun olarak kullanılmaktadır. Islak bilyalı değirmenden çıkan sulu çözelti, sıcak hava akımına basınçla püskürtülür. Su damlalarının kuruması sonucu üniform granüller oluşur. Yüksek akışkanlığa sahip toz, pres kalıplarının kolayca doldurulmasını sağlar.

Kalsinasyon: Özellikle refrakter malzeme üretiminde, bazı oksitlerin (dolomit, manyezit) yüksek sıcaklıklarda ön pişirilmesi gerekmektedir.

Sentetik malzemelerinin hazırlanması: Silikon karbür gibi sentetik malzemeler uzman tedarikçiler tarafından temin edilmekle birlikte, yine de öğütme işleminden geçmesi gerekebilir.

Sır hazırlama: Frit ve katkı maddeleri bilyalı değirmenlerde öğütüldükten titreşimli eleklerden geçirilir. Akabinde sulu çözeltinin özellikleri, uygulama yöntemine bağlı olarak ayarlanır. Ürün tipine, pişirme sıcaklığına ve bitmiş ürünün istenen etki ve özelliklerine bağlı olarak çok çeşitli sırlar formüle edilir.
Hazırlanan hammaddeler belirli oranlarda harmanlanarak (karıştırılarak) malzemenin, homojen olarak talep edilen fiziko-kimyasal özelliklere sahip olması sağlanır. Seramik sektörüne bağlı olarak, karıştırma işleminde büyük ölçekli sürekli karıştırma veya küçük ölçekli kesikli karıştırma işlemleri tercih edilebilir. Karışım oranı, hacim bazlı veya kütle bazlı yapılabilir. Seramik üretiminde az miktarda kullanılan katkı maddeleri doğru bir şekilde dozlanmalı ve bu maddelerin karışımda düzgün bir şekilde dağılımı sağlanmalıdır.

6.1.3.Şekillendirme

Seramik çamurunun şekillendirilmesinde çeşitli yöntemler vardır. Şekillendirme yönteminin seçilmesinde ürünün kullanım alanı ve amacı, üretim ölçeği ve ürünün iç ve dış biçimi önemlidir.

6.1.3.1.Presleme

Presleme işleminde toz granül veya çamur (masse) pres sürgüsüne ve akabinde sürgünün ileri geri hareketiyle ürün ebadına göre değişen alt kalıplarına boşaltılır. Alt kalıplara dolan çamurun hidrolik pistona bağlı üst kalıplar arasında sıkıştırılması ile presleme işlemi sona erer. Presleme işlemi bittikten sonra pistonun yukarı hareketi ile birlikte sürgü ileri hareket eder ve alt kalıp içinde şekillendirilmiş gövde dışarı itilir (bkz. Şekil ). Seramik imalatı için kullanılan pres tipleri: [], []

Mekanik presleme

Hidrolik presleme

Çarpmalı presleme

İzostatik presleme

Friksiyon presleme

Şekil Presleme Yöntemi ile Şekillendirme []

6.1.3.2.Plastik Şekillendirme

Mekanik kuvvetin etkisinde çatlama olmadan verilen şekli, kuvvet kaldırıldığında da muhafaza edebilme özelliği plastiklik olarak tanımlanır. Plastik şekillendirme yönteminde en önemli husus gerekli özelliklere sahip çamuru hazırlayabilmektir. Bu noktada; çamur hazırlığında kullanılacak olan hammaddenin (kil ve kaolin) mümkün olduğunca ince taneli olması gerekmektedir, aksi takdirde plastiklik özelliğini kazanması oldukça zor olacaktır.

Plastik kıvamındaki hammaddeye (ince öğütülmüş kil veya kaolin) yaygın olarak kullanılan şekil verme yöntemlerinden biri ekstrüzyondur. Şekil ’de gösterildiği üzere plastik gövde, su ile gereken kıvama getirildikten sonra sabit bir enkesit ile kalıptan çıkışı için piston yardımıyla zorlanır. Akabinde, ekstrüderden çıkan malzeme istenilen uzunluklarda kesilir. Ekstrüzyon, sürekli olarak yüksek sayılarda üretilen tuğla, boru vb. ürünlerin imalatı için idealdir.

Şekil Ekstrüzyon Yöntemi ile Şekillendirme []

Şekil ’de gösterildiği üzere enjeksiyon kalıplamada malzeme, silindir içinde dönen bir vida vasıtası ile kalıp boşluğu içerisine enjekte edilir. Enjeksiyon için, presleme ve ekstrüzyondan daha az enerji gerekir. Diğer taraftan, gövde malzemesi için çok daha yumuşak (ıslak) bir karışım ve kurutma daha fazla ısı enerjisi gerekmektedir.

Şekil Enjeksiyon Kalıplama Yöntemi ile Şekillendirme []

6.1.3.3.Kalıp Döküm

Bu yöntem sağlık gereçleri ile sofra ve süs eşyaları imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. İnce öğütülmüş mineral malzemeler su ile karıştırılarak döküm çamuru oluşturulur. Şekil ’da gösterildiği üzere çamur, mikro delikli yapıya sahip malzemeden (örn. alçı) teşkil edilen kalıba dökülür. Kalıbın kılcal emme işlemi ile sıvı çekilir ve kalıbın iç yüzeyi üzerinde katı madde birikimi oluşur. Malzeme duvar kalınlığı kademeli olarak artar ve zamanla (istenirse) tamamen katı bir cisim elde edilebilir.

Şekil Kalıp Dökme Yöntemi ile Şekillendirme

6.1.4.Kurutma

Çamurun sırlama veya fırınlama için uygun nem içeriğine sahip olması için, şekillendirmenin ardından kurutma işlemi uygulanır. Bazı durumlarda sırlama sürecinden sonra da kurutma işlemi yapılabilir. Maksimum kurutma sıcaklığı, kurutucunun türüne ve enerji kaynağına bağlı olarak 100-200 ^oC aralığındadır. []

Sektördeki seramik ürünlerin boyut ve şekilleri çok büyük farklar göstermektedir. Bu sebeple aşağıda verilen farklı kurutma çeşitleri geliştirilmiştir: []

Sıcak zemin kurutucular

Kurutma fırınları (kesikli)

Tünel tipi kurutucular (sürekli)

Dikey kurutucular

Yatay çok katlı makara kurutucular

Nem giderici kurutucular

Kızılötesi ve mikrodalga kurutucular

6.1.5.Seramik Ürün Yüzey İşleme ve Dekoratif Uygulamalar

6.1.5.1.Kil Ürünleri Motiflendirme

Kil ürünlerin yüzeyine, fonksiyonel (örn. yer karolarına kaymazlık sağlama) veya estetik sebeplerle çeşitli dokular uygulanmaktadır. Yumuşak çamur tuğlaları, kalıp içerisine dökülürken rasgele bir kat deseni elde eder. Ekstrüde edilmiş ürünlerde, kil malzemenin yüzeyi kazınarak doku kazandırılabilir. Alternatif bir teknik, gövde malzemesinin istenilenden büyük boyutlarda ekstrüde edilmesi ve akabinde kesme telleri kullanılarak gövdenin doğru boyutlara gelene kadar kırpılmasıdır. Dokulu merdaneler yardımıyla ekstrüde ürünlere çeşitli dokular kazandırılabilir.

6.1.5.2.Kaplama Uygulamaları

Kalıpların içi, ayırıcı madde olarak kum ile kaplanır. Yumuşak çamur tuğlaların yüzeyi, kalıpların içinde mevcut olan kum ile kaplanır. Estetik gereksinimlere göre kum, farklı doku ve ateş renklerinde seçilebilir. Preslenmiş veya ekstrüde edilmiş tuğla, blok ve kiremit imalatında, basınçlı hava tabancası kullanılarak kum ürünün yüzeyine püskürtülür.

6.1.5.3.Sırlama, Astarlama (Engob) ve Diğer Dekoratif Teknikler

Seramik karo, sağlık gereçleri ve dekorasyon ürünleri üretimi için en yaygın olarak kullanılan yüzey işleme tekniği sırlamadır.. Astarlama, ağırlıklı olarak seramik karo ve kil kiremit üretiminde kullanılmaktadır. Diğer dekorasyon teknikleri gravür ve flekso baskıdır. Bu tekniklerde, istenilen desen merdane yardımıyla ürünün yüzeyine işlenir. El yapımı dekoratif ürünler de mevcuttur.

6.1.6.Pişirme (Fırınlama)

Fırınlama, seramik ürünlerinin üretiminde en önemli bir süreçtir, zira nihai ürünün birçok özelliği bu aşamada belirginleşir. Bu özellikler mekanik mukavemet, aşınma direnci, kararlılık, suya ve kimyasallara karşı dayanım ve yangın direncidir. Fırınlama işlemi için gerekli olan sıcaklıklar çoğunlukla doğal gaz ve sıvı yakıt ile sağlanır. Bazı durumlarda katı yakıtlar, biyogaz / biyokütle ve elektrik enerjisi de tercih edilebilir. Şekil ’de farklı ürünlerin olgunlaşması için sıcaklık aralıkları verilmiştir.

Şekil Farklı Ürün Grupları için Endüstriyel Olgunlaşma Sıcaklıkları []

6.1.6.1.Sürekli Olarak İşletilen Fırınlar

Seramik ürünler çoğunlukla sürekli olarak işletilen tünel fırınlarında 900- 1.700 ⁰C sıcaklıkta pişirilmektedir. Tünel fırınlarının tasarım ve çalışma şekli, farklı seramik ürünlerin özelliklerine göre uyarlanabilmektedir. Pişirilecek ürünler, fırın arabalarına yerleştirilir ve fırın boyunca itilir. Sıcak gazlar, fırın kanalı boyunca pişirme bölgesinden ön ısıtma bölgesi doğru akar. Fırın çıkışından ürünlerin soğutulması için çekilen hava, kurutucularda kullanılır. Pişirme odası ve arabaların hava sızdırmazlığı kum ile sağlanır. Yeni fırınlarda hava sızdırmazlığı için su veya diğer geliştirilmiş mekanik çözümler kullanılmaktadır.

Makara tabanlı fırınlar, birçok ürünün imalatında tünel fırınların yerini almaya başlamıştır. Kurutulmuş ürünler, dışarıdan döndürülen silindirler üzerinde hareket eder. Tünel fırınlarının aksine pişirme için ilave yardımcı malzemelere ihtiyaç duymadığından dolayı, makara tabanlı fırınlarda pişirme süresi önemli ölçüde azalmaktadır. Sonuç olarak daha az miktarda enerji tüketilmektedir. Hoffman fırın, döner fırın ve akışkan yataklı fırınlar da sürekli işletilen fırınlara örnek olarak verilebilir. []


Şekil Tünel Fırın Kesiti []



Şekil Makara Tabanlı Fırın Kesiti []

6.1.6.2.Kesikli Olarak İşletilen Fırınlar

Önceden kurutulmuş seramik ürünler, arabalar vasıtası ile pişirme alanına taşınır. Fırın bölmesi kapatılıp sızdırmazlık sağlandıktan sonra, daha önceden tanımlanmış bir pişirme döngüsüne tabi tutulur. Genel olarak gaz brülörleri kullanılarak, fırın içi sıcaklık ve atmosferi (oksitleme veya indirgeme) iyi bir şekilde kontrol edilebilir.

Kesikli çalışan fırınlar, özel olarak şekillendirilmiş tuğla, kiremit, boru bağlantı parçaları, refrakter malzeme gibi küçük ölçekli üretimler için kullanılır. Bu tarz fırınların enerji verimliliği düşüktür. Diğer taraftan gövde bileşiminin sık değiştiği durumlar için esneklik sağlamaktadırlar. []


Şekil Mekik Fırın Kesiti []

6.1.7.Bitirme İşlemleri

Bitirme işlemleri, özellikle büyük hacimli ürünlerde boyutların yeterli hassasiyette ayarlanması veya seramik ürünlere nihai şeklini vermek amacıyla uygulanmaktadır. Aşağıda en çok kullanılan bitirme işelmeleri verilmiştir:

Makinada işleme

1. 
   Islak taşlama
   
2. 
   Kuru taşlama
   
3. 
   Delik açma
   
4. 
   Testere ile boyut ayarlama
   

Cilalama

Yüzeyin yuvarlatılması

Karbon zenginleştirme (refrakter ürünler için)