ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВАРКИ ЮВЕЛИРНЫХ ЭМАЛЕЙ

Засухина Л. 3., Зайцев В. П., Орлова Л. Н.


Получение высококачественной ювелирной эмали с постоянными физико-химическими свойствами во многом зависит от процесса варки. Применяемый метод варки ювелирных эмалей [1] имеет ряд недостатков:

1) Варка эмали производится в два приема с промежуточной грануляцией на воду.

2) При грануляции полуфабриката эмали на воду происходит выщелачивание составляющих, а следовательно, изменение состава эмали и ее свойств.

3) При загрузке шихты, варке эмали и выработке улетучиваются составляющие. Данные спектрального анализа эмалей, сваренных по данной технологии показали, что составы эмалей по анализу резко отличаются от синтезированных составов (табл. 1).

Таблица 1

Теоретические и фактические составы эмалей

Эмали Окислы, %
SiO2 PbO K2O Na2O B2O3 As2O3 Sb2O3 SnO2 ZnO MnO2 CoO Au
Т е о р е т и ч е с к и й
№ 10 29,07 54,00 5,14 1,38 4,79 5,62 - - - - 0,009 -
№ 5 37,94 41,73 15,24 0,74 1,67 1,24 0,38 0,32 0,32 0,33 - 0,071
Ф а к т и ч е с к и й
№ 10 33,41 52,75 5,91 1,47 - 6,64 - - - - 0,01 -
№ 5 40,61 37,97 16,31 0,74 1,57 1,33 0,41 0,34 0,30 0,34 - 0,076

В лаборатории электрофизических и химических методов декоративной обработки материалов разработан принципиально новый технологический процесс изготовления ювелирных эмалей, сокращающий технологический цикл производства в два раза и позволяющий получать эмали более высокого качества и постоянного химического состава. При этом были применены современные научные достижения в области стекловарения и проведен анализ по всем стадиям технологического процесса.

На стадии подготовки шихтовых материалов и составления шихты исследовалось влияние гранулометрического состава шихты на качество получаемых эмалей. Данные литературы [2—4] и экспериментальный материал позволили установить, что расслоение шихты и скорость провара стекла в значительной степени зависят от размеров зерен компонентов и соотношения зерен разных размеров в шихте.

На рис. 1 показана зависимость скорости растворения кварцевого песка от величины зерен. Уменьшение диаметра зерен кварцевого песка в среднем от 0,28 до 0,03 мм при всех прочих равных условиях повышает скорость стеклообразования в 12—13 раз. Однако слишком мелкая, пылевидная фракция ведет к комкованию шихты, что отрицательно сказывается на варке.

Ускорение процесса варки сопровождается уменьшением потерь при улетучивании из расплава боратов, окиси свинца и окиси мышьяка. Изменение скорости стеклообразования в зависимости от размеров зерен в шихте резко сказывается при невысоких температурах варки (1200 - 1250oС), при температурах 1400 - 1450oС происходит незначительное изменение скорости растворения в расплаве зерен кварца в зависимости от их диаметра (см. рис. 1).

Таким образом, при варке ювелирных эмалей рекомендуется применять кварцевый песок размером 75 - 100 мкм.

Впервые в практике варки ювелирных эмалей был применен метод увлажнения шихты. Благоприятное действие воды при варке стекол известно давно [5—7]. Увлажнение шихты позволяет устранить расслаивание, получить однородную смесь и значительно снизить летучесть компонентов на первых стадиях варки, а также в значительной степени способствует быстрому провару и осветлению стекломассы. Однако данные о степени влажности шихты и способах ее увлажнений различны. По одним источникам [6] оптимальная влажность шихты составляет 3%, по другим [7] — 13 - 14%. Некоторые исследователи получали наиболее благоприятные результаты при увлажнении шихты до 25% [8]. Разноречивые литературные данные связаны с различными составами стекол, исследуемых авторами. Однако в литературе отсутствуют данные об увлажнении шихты многосвинцовых стекол и, в частности, ювелирных эмалей.

Степень увлажнения шихты устанавливали экспериментально. Критерием служили скорость провара шихты и качество полученной эмали. Экспериментальные варки показали, что при увеличении влажности шихты до 4% значительно снижается время варки, происходит увеличение выхода готовой эмали, т. е. снижается летучесть компонентов. При этом улучшаются физико-химические свойства эмали (табл. 2). Дальнейшее повышение влажности увеличивает время варки, так как избыток влаги вызывает комкование шихты. Комки медленно растворяются в расплаве эмали, что приводит к ее неоднородности и значительному увеличению продолжительности варки. Таким образом, оптимальная влажность шихты ювелирных эмалей составляет 2 - 4%.

Большое влияние на качество шихты оказывает способ ее увлажнения. Большинство авторов [5—8] рекомендует увлажнение кварцевого песка с последующим добавлением других материалов в сухом состоянии. Известно, что для более равномерного распределения красители смешивают с кварцевым песком, а затем эту смесь вносят в шихту. Следовательно, увлажнение кварцевого песка в данном случае исключается. Авторы предложили метод увлажнения поташа с последующим перемешиванием его с остальными компонентами шихты.

Таблица 2

Влияние влажности шихты на свойства эмали № 2

Параметры варки и физико-химические свойства эмали № 2 Влажность шихты, %
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
Время варки 100 г, мин 65 60 55 35 30 30 25 30 40 45 55 65
Выход, % 85 90 88 94 96 95 96 94 94 94 90 87
Химическая устойчивость (потери веса, %) 9,0 7,0 9,0 7,0 6,6 6,6 7,0 9,0 7,0 13,4 10,8 10,8
Растекаемость, l/lэт 1.32 1.32 1,34 1,36 1,34 1,37 1,37 1.35 1,37 1.35 1,33 1,36
Интервал обжига,oС 760 - 840 740 - 840 760 - 840 760 - 840 740 - 840 740 - 840 740 - 840 740 - 840 740 - 840 740 - 840 760 - 840 760 - 860

При разработке технологического процесса варки эмали установлена немаловажная роль брикетирования шихты, которое значительно сокращает время варки эмали, так как при прессовании зерна различных сырьевых материалов теснее контактируют между собой, что создает условия для протекания реакций в твердой фазе и увеличивает реакционную способность шихты.

График зависимости влияния брикетирования на скорость варки эмали показан на рис. 2. Экспериментально установлено, что время варки эмали из брикетированной шихты по сравнению с эмалью из мелкодисперсной шихты снижается в среднем на 15 - 20%.

Брикетирование позволяет производить заготовку шихты впрок и обеспечивает длительное ее хранение.

Транспортировка брикетированной шихты удобнее, чем мелкодисперсной. При брикетировании шихты снижается коррозия элементов печи, устраняется пыление шихты и создаются нормальные санитарно-гигиенические условия труда.

Один из наиболее существенных факторов вновь разработанного технологического процесса — варка эмали в один прием. Известно, что варка ювелирных эмалей в два приема производится при температуре 1350 - 1400oС в течение 2 - 2,5 часа.

Правильная подготовка материалов и составление шихты, создание оптимальных условий варки, устраняющих летучесть компонентов и расслаивание, а также способствующих однородности расплава, позволяют производить варку в один прием, при этом температура варки снижается до 1200 - 1250° С, а время варки — до 1 - 1.5 часа.

Кроме того, варка эмали в один прием исключает ряд операций: грануляцию полуфабриката, его сушку, вторичное составление шихты, перемешивание.

Выработку эмали по предлагаемому процессу производят методом сухой грануляции, имеющим ряд преимуществ перед ныне существующим методом выработки эмали в плитки.

Метод сухой грануляции позволяет охлаждать расплав более резко — от температуры 1200 до 20oС, что способствует измельчению эмалевых пластин. При этом исключается операция отжига плиток и их дробления.

Эмали, изготовленные по разработанному технологическому процессу, хорошо проварены, обладают ярким цветом, невысокой температурой обжига, а также достаточно высокой химической устойчивостью. Данный технологический процесс изготовления ювелирных эмалей — высокоэффективен и экономичен.


ЛИТЕРАТУРА

1. Селезнев В. А. Смальты и их выделка. Издание научно-техническрго управления В.С.Н.Х., М., 1928.

2. Петцольд А. Эмаль. М., Металлургиздат, 1958..

3. Варгин В. В. и др. Технология эмали и эмалирование металлов. М., Госстройиздат, 1958.

4. Витюгин В. М. и др. Авт. свидетельство № 357155, кл. СоЗ в 1/00.

5. Китайгородский И. И. и др. Технология стекла. М., Госстройизл,ат, 1951.

6. Павлушкин Н. М., Журавлев А. К. Леглоплавкие стекла. М., «Энергия», 1970.

7. Zoff1er I. — «Glastechn. Ber.», 1974, 47, №8.

8. Simmingsköld K., Carbol V. — «Soc. Glass. Technol. Symp. Haud. Mode Glass Jnd. Spec. Ret. Pots. Droitwich., 1973.