МОДУЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕКОРАТИВНЫХ ОБЛИЦОВОЧНЫХ ПЛИТ

Полезная модель относится к производству облицовочных и декоративно-облицовочных плит на основе кремнеземистых и стеклокремнеземистых отходов различных отраслей промышленности, используемых для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений, а также для изготовления изделий декоративно-прикладного назначения.
Известно устройство для изготовления декоративно-облицовочных плит, включающее теплоизолированные формы для послойной укладки в них исходных компонентов заготовок плит и средства для последующей термообработки заготовок с их оплавлением, спеканием и отжигом (см. авт. свид. СССР №1546442, МКИ С 03 В 31/00, 1990).
Недостатком известного устройства является сравнительно низкое качество получаемых плит, связанное с наличием в них искривлений, неровностей и трещин, обусловленных неравномерностью теплового режима в процессе термообработки заготовок.
Наиболее близким техническим решением является устройство или модуль для изготовления декоративных облицовочных плит, содержащий, по крайней мере, одну теплоизолированную форму для укладки заготовки, колпаковый электронагреватель, средства для их взаимного перемещения и герметизации теплоизолированной формы после термообработки (см. патент РФ №2083513, МКИ С 03 В 31\00, 1997 г. - прототип).
Известное устройство включает механизмы шагового перемещения теплоизолированных форм по вертикали и горизонтали и средства для их загрузки и выгрузки с возможностью послойной укладки исходных компонентов заготовок плит на основе стеклогранулята. Термообработка заготовок осуществляется посредством передвижного электронагревателя, обеспечивающего нагрев, спекание, оплавление лицевой поверхности заготовок. Последующий отжиг плит происходит в герметичном теплоизолированном объеме.
К недостаткам известного устройства можно отнести наличие достаточно сложных узлов для одновременного вертикального шагового перемещения многих форм и сложность синхронизации механизмов их передвижения.
Полезная модель решает задачу создания модуля для высокопроизводительного непрерывного изготовления декоративных облицовочных плит с высокими потребительскими свойствами при одновременном упрощении и снижении металлоемкости установки. Группа таких модулей образует линию для полупромышленного производства высококачественных декоративных плит различной номенклатуры.
Указанная задача решается тем, что в модуле для изготовления декоративных облицовочных плит, содержащем, по крайней мере, одну теплоизолированную форму для укладки заготовки, колпаковый электронагреватель, средства для их взаимного перемещения и герметизации теплоизолированной формы после термообработки, согласно полезной модели, модуль снабжен первым механизмом для взаимного горизонтального перемещения теплоизолированной формы и колпакового электронагревателя, который снабжен вторым механизмом для его вертикального перемещения на высоту, превышающую высоту выступающих элементов заготовки и теплоизолированной формы, при этом средство для герметизации теплоизолированной формы после термообработки выполнено в виде съемной теплоизолирующей крышки, а теплоизолированная форма модуля на периферии снабжена теплоизолирующим выступом, повторяющим конфигурацию бортов колпакового электронагревателя и съемной теплоизолирующей крышки.
Кроме того, первый механизм для взаимного горизонтального перемещения теплоизолированной формы и колпакового электронагревателя может быть выполнен в виде механизма независимого перемещения теплоизолированной формы или в виде механизма независимого перемещения колпакового электронагревателя, при этом второй механизм для вертикального перемещения колпакового электронагревателя может быть выполнен, преимущественно, в виде лебедки или тельфера с электроприводом.
Кроме того, теплоизолированная форма модуля может быть выполнена секционированной с возможностью получения в ней группы облицовочных плит меньших размеров и различных конфигураций.
Такое выполнение устройства решает задачу непрерывного изготовления декоративных облицовочных плит с высоким качеством лицевой поверхности за счет конструктивных особенностей теплоизолированных уплотнений и создания достаточно равномерного теплового поля в рабочем объеме модуля на основных этапах термообработки заготовки. Применение при эксплуатации модуля независимых первого механизма для взаимного горизонтального перемещения теплоизолированной формы и колпакового электронагревателя и второго механизма для его вертикального перемещения существенно упрощает и сокращает время изготовления плит, что при прочих равных условиях, способствует повышению производительности модуля по сравнению с известными установками того же назначения. Кроме того, выполнение теплоизолированных форм секционированными позволяет получить в каждой из секций группу облицовочных плит меньших размеров или различных конфигураций, что дополнительно повышает эффективность и производительность установки.
На фиг.1 представлена схема модуля с теплоизолированными формами на тележках и подъемником нагревателя в виде лебедки. На фиг.2 показана схема модуля с неподвижными теплоизолированными формами и механизмом перемещения подъемника, выполненным с возможностью вертикального и горизонтального перемещения колпакового нагревателя. На фиг.3 представлена схема модуля с теплоизолированными формами на тележке и подъемным механизмом на опорной раме.
Модуль для изготовления декоративных облицовочных плит (фиг.1) содержит группу из нескольких теплоизолированных форм 1 с заготовками 2, размещенными на нескольких сцепленных между собой подвижных тележках 3 с возможностью их перемещения в горизонтальной плоскости (первый механизм) под колпаковый электронагреватель 4. Нагреватель 4 установлен в рабочем положении над одной из форм 1, для образования с ней замкнутого рабочего объема, и снабжен подъемным устройством (второй механизм) в виде неподвижно установленной на балке электромеханической лебедки 5 для перемещения электронагревателя 4 вверх - вниз на высоту, превышающую высоту выступающих элементов заготовки 2 и теплоизолированной формы 1,
Конструктивно теплоизолированные формы 1 могут быть выполнены в виде сборки из пластин толщиной от 5 до 10 см площадью до 1 кв. метра и более. Формы 1 могут иметь фигурную или плоскую геометрию для послойной укладки исходных компонентов заготовок 2 вручную или с помощью различных механизмов загрузки.
Для выравнивания поля температур при термообработке заготовки 2 замкнутый рабочий объем теплоизолированной формы 1 образован основанием формы 1, бортовыми стенками и крышкой нагревателя 4, а также уплотнительными теплоизолирующими элементами в форме корытообразных или угловых выступов 6. Кроме того, теплоизолированная форма 1 может иметь перегородки или ограничительные рамки 7 (см. фиг.1, 2) для секционирования заготовок 2 в форме 1 с целью получения меньших по размерам и разных по форме плит. Высота выступающих элементов заготовки 2 обычно не превышает 10 мм, высота уплотняющих теплоизолирующих выступов 6 на периферии формы 1 может составлять несколько см, а высота перегородок 7 секций формы 1 может выступать над наружной поверхностью заготовки на 5-10 мм. Исходя из этих размеров выбирают ход второго механизма 5 для подъема нагревателя 4, который может находиться в пределах 10-50 см.
В основании теплоизолированной формы 1 могут быть установлены дополнительные электронагреватели 8 для сокращения циклов нагрева заготовки (см. фиг.1, 2). Средство для герметизации теплоизолированной формы 1, с целью защиты заготовки 2 от охлаждения в периоды нагрева и отжига, выполнено в виде съемной теплоизолирующей крышки 9. Для этого теплоизолированная форма 1 модуля по периферии снабжена теплоизолирующим выступом 6, повторяющим конфигурацию бортов колпакового электронагревателя 4 и ребер съемной теплоизолирующей крышки 9.
Указанные на фиг.1, 2, 3 съемные теплоизолирующие крышки 9 обычно имеют сравнительно малую массу и, по этой причине, могут переноситься на форму 1 и сниматься с нее вручную. Тем не менее, в отдельных случаях, для данной цели может использоваться независимый подъемный механизм (не показан) или электромеханическая лебедка 5 второго механизма подъема нагревателя 4.
Первый механизм независимого горизонтального перемещения теплоизолированной формы 1 в данном случае выполнен в виде подвижной тележки 3, выполненной с возможностью ее перемещения под колпаковым электронагревателем 4 по рельсам в сцепке с другими тележками с установленными на них другими теплоизолированными формами 1. Указанные тележки механизма горизонтального перемещения могут иметь независимый электропривод на одной из тележек или иное тяговое устройство с элементами управления временем движения и остановок (не показаны).
Марка конструкционных материалов элементов формы 1 и нагревателя 4, их толщина и другие технические параметры выбраны из требований к условиям эксплуатации модуля и заранее рассчитаны для образования в рабочем объеме равномерного поля рабочих температур. Первый и второй механизмы 3, 5 могут содержать электроприводы, подключенные к общей системе автоматического управления режимами работы модуля (не показаны).
Схема модуля, представленного на фиг.2, содержит неподвижные теплоизолированные формы 1, установленные в одной плоскости в ряд на общем протяженном неподвижном основании 10. В качестве первого механизма для относительного горизонтального перемещения колпакового нагревателя 4 и теплоизолированных форм 1 в данной схеме модуля используется подвижная тележка 11 тельфера, установленного на горизонтальной балке с возможностью поочередной остановки над каждой из неподвижно размещенных на основании 10 теплоизолированных форм 1. В качестве второго механизма вертикального перемещения нагревателя 4 при этом используется электромеханическая лебедка 5, установленная на подвижной тележке 11 тельфера.
Данная схема модуля для изготовления декоративных облицовочных плит содержит основные конструктивные элементы теплоизолированных форм 1, колпакового электронагревателя 4 и теплоизолирующих крышек 9, подобные аналогичным конструктивным элементам модуля, схема которого представлена на фиг.1.
Модуль, представленный на фиг.3, содержит две пары сдвоенных теплоизолированных форм 1, попарно установленных на общей подвижной тележке 12 в одной плоскости в один ряд. Данная тележка перемещается вручную и является первым механизмом для горизонтального перемещения форм 1 относительно колпакового электронагревателя 4. В качестве второго механизма для вертикального перемещения нагревателя 4 служит электромеханическая лебедка 5, неподвижно установленная на отдельно стоящей силовой раме 13. Другие основные конструктивные элементы теплоизолированных форм 1, колпакового электронагревателя 4 и теплоизолирующих крышек 9 в данной схеме модуля также подобны аналогичным конструктивным элементам модулей, схемы которых представлены на фиг.1, 2. Средства для загрузки и выгрузки заготовок 2 из формы 1 на фиг.1, 2, 3 не показаны.
Модуль для изготовления декоративных облицовочных плит по схеме фиг.1 работает следующим образом.
Предварительно изготовленные теплоизолированные формы 1 должны быть установлены в горизонтальной плоскости на опорных площадках сцепленных между собой тележек 3. Последние выполнены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости по рельсовому пути относительно колпакового электронагревателя 4. Направляющие рельсы при этом могут быть прямолинейными или замкнутыми в форме окружности для снижения затрат времени на перемещение форм в соответствующих фазах рабочего цикла термообработки заготовок 2.
Облицовочные плиты изготавливаются согласно предложенной полезной модели в модулях по схемам фиг.1, 2, 3 с использованием процессов спекания и оплавления в закрытых теплоизолированных формах 1. Исходное сырье для облицовочных плит включает материалы, преимущественно, на основе различных кремнеземистых отходов. Исходные компоненты заготовок 2 в виде стеклокремнеземистых отходов (шлаки, стеклобой, стеклогранулят и т.п.) размером 0,5...5 мм предварительно смешивают и загружают вручную или механически в теплоизолированные формы 1 слоем заданной толщины. В случае необходимости на верхний слой смеси загружают декоративный слой материала, например, цветного стеклогранулята. Толщина основного слоя гранулята может колебаться от 5 до 50 мм и более, а толщина цветного гранулята, преимущественно, в диапазоне от 0 до 5 мм. Термообработку заготовок 2 осуществляют при помощи специально сконструированного колпакового электронагревателя 4, имеющего теплоизолирующую оболочку, состоящую из верхней и боковых частей в габаритах теплоизолированных форм 1.
Периодическая термообработка заготовок, осуществляется в соответствии с экспериментально найденными временными и температурными фазами циклов. После изъятия из форм очередной облицовочной плиты или плит в указанную форму вновь укладывают послойно исходные компоненты заготовок. Перед началом цикла термообработки заготовки 2 первый механизм, включающий тележку 3, должен подвести стоящую на ней форму 1 под приподнятый нагреватель 4. Затем с помощью второго механизма лебедки 5 нагреватель 4 опускают на теплоизолирующие выступы 6 формы 1 и включают питание нагревателя 4. Предварительно заготовка 2 в данной форме может быть подогрета с помощью вспомогательного электронагревателя 8 в теле формы 1 для сокращения времени и затрат мощности на интенсивный прогрев и оплавление заготовки с помощью колпакового электронагревателя 4.
Цикл термообработки подготовленных заготовок 2 плит в формах 1 начинают с предварительного подогрева заготовок 2 до температуры 300...500°С после чего нагревают поверхность заготовок до 800-1100°С до оплавления ее лицевой поверхности. После достижения необходимых температур спекания гранулята по толщине и оплавления лицевой поверхности заготовок 2 отключают нагрев электронагревателя 4, поднимают его с помощью второго механизма - лебедки 5 для установки на следующую теплоизолированную форму с подготовленной для термообработки новой заготовкой. Подача следующей формы с заготовкой под нагреватель 4 осуществляется первым механизмом в виде передвижной тележки 3, сцепленной с предыдущей и последующими тележками, снабженными тяговым устройством (не показано).
На термообработанную форму 1, после перемещения ее из под нагревателя 4, вручную или механически устанавливают теплоизоляционные крышки 9 для последующего отжига заготовок 2 в режиме естественного охлаждения. После цикла отжига и охлаждения первой и последующих заготовок 2 открывают теплоизолированные крышки 9, вынимают готовые плиты из форм 1 и осуществляют новую загрузку этих форм исходными компонентами заготовок.
Программа цикла термообработки заготовок 2 в формах 1 соответствует указанным ниже фазам цикла, время выдержки которых зависит, в том числе, от мощности колпакового электронагревателя и толщины заготовок и устанавливается опытным путем:
- фаза включения нагревателя до 30 мин.,
- фаза выдержки температуры нагревателя до 5 мин.,
- фаза перемещения нагревателя на следующую форму до 1 мин.,
- фаза закрытия формы теплоизоляционной крышкой до 1 мин.,
- фаза отжига заготовки под теплоизоляционной крышкой до 3 час.,
- фаза извлечения из формы готовой плиты до 1 мин.
Использование линии из нескольких модулей по схеме фиг.1 для изготовления облицовочных плит позволяет в несколько раз увеличить производительность установки, уменьшить капитальные затраты на ее изготовление, а использование принятых технических решений позволяет практически устранить перепады температур по площади заготовки в процессе ее отжига и охлаждения, то есть повысить качество продукции.
Работа модуля, выполненного по схеме фиг.2 осуществляется в целом аналогично работе модуля по схеме фиг.1.
Особенностью работы модуля по этой схеме является то, что, при неподвижном размещении форм 1, первый механизм для горизонтального перемещения колпакового нагревателя 4 относительно теплоизолированных форм 1, выполнен в виде подвижной тележки 11 тельфера. Он же является основанием для размещения на нем второго механизма вертикального перемещения нагревателя 4 в виде электромеханической лебедки 5. Такое решение позволяет сравнительно просто автоматизировать процесс изготовления облицовочных плит за счет упрощения операций перемещения форм 1 и нагревателя 4, а также снизить капитальные затраты на создание модуля.
Работа модуля, выполненного по схеме фиг.3 осуществляется в целом аналогично работе модуля по схемам фиг.1, 2. Особенностью работы модуля по этой схеме является то, что в его работе используются две пары сдвоенных теплоизолированных форм 1, попарно установленных на общей подвижной тележке 12, которая может перемещаться вручную и является первым механизмом для горизонтального перемещения форм 1 относительно колпакового электронагревателя 4. Второй механизм (электромеханическая лебедка 5) обеспечивает вертикальное перемещение нагревателя 4. Лебедка 5 неподвижно установлена на отдельно стоящей силовой раме 13 и работает аналогично модулям фиг.1, 2. Режимы перемещения тележки 12 и лебедки 5 с нагревателем 4 в целом аналогичны режимам работы других схем модулей в части обеспечения термообработки заготовок 2 в формах 1.
Такое выполнение предложенного модуля для изготовления декоративных облицовочных плит решает задачу их непрерывного изготовления с высоким качеством лицевой поверхности за счет отмеченных конструктивных особенностей теплоизолированных форм, колпакового нагревателя и уплотнений, что позволяет создать равномерное тепловое поле в рабочем объеме модуля на основных этапах термообработки заготовки. Применение при эксплуатации модуля рассмотренных первого механизма для относительного горизонтального перемещения теплоизолированной формы и колпакового электронагревателя и второго механизма для его вертикального перемещения существенно упрощает и сокращает время изготовления плит. Выполнение теплоизолированных форм секционированными позволяет повысить функциональные возможности модуля и получить в каждой из секций группу облицовочных плит меньших размеров различных конфигураций.
Основные технические решения при создании предложенного устройства и режимы термообработки заготовок декоративных облицовочных плит опробованы на экспериментальных стендах ОИВТ РАН.