馮俊鋒　伍政華

摘要 本文對湖南煒達公司出口朝鮮的自動化成套琉璃瓦生產(chǎn)線的關鍵設備、生產(chǎn)中采用的工藝流程、生產(chǎn)原料、坯釉配方及主要工藝參數(shù)等情況進行了較詳細的介紹和分析。

關鍵詞 朝鮮，西式琉璃瓦，全自動生產(chǎn)線

1前 言

筆者所在的湖南湘潭煒達機電制造有限公司于2008年初向朝鮮勝利集團出口全套以全自動壓瓦機為核心的自動化琉璃瓦生產(chǎn)線，這也是朝鮮國內第一條現(xiàn)代化琉璃瓦生產(chǎn)線。根據(jù)雙方的協(xié)議，中方除負責項目設備安裝和調試外，還負責生產(chǎn)配方工藝的研制和開發(fā)工作。煒達公司工程人員于2008年5月底赴朝，歷時二個多月終于順利完成了琉璃瓦的配方工藝開發(fā)，全線投入正常生產(chǎn)，現(xiàn)將該項目工程介紹如下，供同行參考。

2生產(chǎn)工藝流程和主要生產(chǎn)設備

2.1 生產(chǎn)工藝流程

主要生產(chǎn)工藝流程如下：

配料→15m3喂料機→籠式破碎機破碎→雙軸攪拌機攪拌→一次對輥機粉碎→雙軸攪拌機攪拌→二次對輥機細碎→圓盤篩擠出機擠出→陳腐倉備用→鏟車裝料→5m3喂料機→真空擠出機擠出毛坯→自動切坯機切割 →自動壓瓦機壓瓦→瓦坯裝入干燥車→隧道干燥器干燥→自動施釉機施釉→二次干燥窯干燥→隧道窯高溫燒成

2.2 主要生產(chǎn)設備

2.2.1 籠式破碎機

該機的設備型號為LA-1000，大轉籠直徑為1000mm，整機功率為55kW，轉輪轉速為500轉/min，產(chǎn)品出料粒度為1～3mm，生產(chǎn)能力約為8～10t/h。

籠式破碎機的主要工作原理是機內大小兩個同心轉籠高速反向運轉，從而使從喂料口落入的大塊半硬質原料互相撞擊破碎，再從下部出料口排出，使其便于下道工序中攪拌機混合和對輥機細碎。

2.2.2 雙軸攪拌機

該機的設備型號為SJ240X80，螺旋攪拌葉片的直徑為240mm，整機功率為22kW，主軸轉速為60轉/min，生產(chǎn)能力為20～25t/h。

該機的主要作用是對原料進行充分混合，在本生產(chǎn)線中，分別設置在籠式粉碎機之后及一次對輥機之后，以便對原料進行捏練，使坯料的組分和水分更均勻。

2.2.3對輥機

該機型號為GS80X60，輥體直徑為800mm，寬度為600mm，總功率為52kW，生產(chǎn)能力為20～35t/h。

該機是全線原料粉碎處理的關鍵設備，其工作原理是利用兩個輥體相對高速旋轉，物料從上方進入兩輥之間，隨著輥子的高速轉動被卷入兩輥間隙，在巨大的壓力作用下被粉碎。

2.2.4圓盤篩式給料機

該機型號為WD1200，篩筒直徑為1200mm，篩孔直徑為22～25mm,功率為30kW，生產(chǎn)能力為10～30t/h。

設置該機的目的在于將經(jīng)過籠式粉碎、二次對輥及螺旋攪拌之后的坯料進行再次的強力擠壓混合，使坯料的組分、水份更均勻，可塑性能更好。

2.2.5真空擠出機

該機的型號為TCJ350,采用雙級三軸螺旋裝置，下級主軸螺旋的直徑為350mm，該機可用于擠制劈開磚、琉璃瓦、高溫陶瓷輥棒等。用于生產(chǎn)劈開磚時，因其擠出口小，擠出壓力較大，需配用55kW的電機。擠琉璃瓦時因為出泥截面積較大，負荷相對較小，為了節(jié)能，需配用45kW的電機。該機的真空度較好，在生產(chǎn)過程中宜保持在-0.092以上。

該機主軸的最大轉速為19.8轉/min，電路配置變頻器，其轉速可根據(jù)生產(chǎn)需要方便地進行調整。

2.2.6 瓦坯自動切割機

該切割機的型號為WDQ-2型，其工作原理是：瓦坯從擠出機模具口擠出后通過托輥前進，托輥則安裝于切割機的小車上，托輥前方設有擋板，當瓦坯抵達擋板位置后，推動板啟動從而帶動小車前進，在小車前進到設定位置時，小車上的切弓對坯體進行切割，切割完成后擋板打開，切割好的瓦坯在前面高速托輥輸送下快速通過，然后托板和小車復位等待下一次切割。由于切弓切割時與坯體完全同步前進，從而實現(xiàn)了動態(tài)同步切割，切口平直、切割精度高，效果好。

2.2.7全自動壓瓦機

該機型號為WYJ100-1（見圖所示），主電機功率為7.5kW，生產(chǎn)能力為15～18片/min，該機是琉璃瓦自動生產(chǎn)線上的核心設備。

該機主要由機體、滑壓臺、六方轉輪、前后機械手和吸盤系統(tǒng)等部件組成。瓦模的上模安裝在上部滑壓臺上，而在下方的六方形轉輪上則安裝了六副下模。

工作時，前端的取坯機械手將琉璃瓦毛坯從自動切割機上吸起并放到六方形轉輪向后傾斜60度角的一個下模上，然后六方轉輪繞軸心轉動60度，使瓦坯處于水平位置，此時上模滑壓臺被帶動向下運動來進行壓瓦，同時前端機械手又將下一塊毛坯放到下一個處于后傾60度角位置的下模上，瓦坯經(jīng)二次加壓完成壓制后，滑臺帶動上模上移，六方轉輪則向后轉動60度，將壓好的瓦坯送到壓瓦機后端前傾60度的位置上，并由后機械手取走，滑臺則帶動上模下壓進入下一個工作循環(huán)。

2.2.8隧道式一次干燥窯

該干燥窯共有三條通道，每條長度為90m，寬度為3m，每一通道內設二對車軌，共六車道，每窯容車60輛。該干燥窯采用隧道窯冷卻帶余熱和排煙風機的廢煙氣作為熱源，用風機抽濕進行負壓排潮。最高溫度可調節(jié)為50～150℃，設計的干燥周期為20～24h。

2.2.9 自動施釉線

自動施釉線由自動掛瓦機、自動淋釉機、架空的瓦坯輸送鏈條及驅動裝置等組成。與手工施釉相比，自動施釉機所施釉釉面平滑均勻、質感好，效率高。

自動施釉機的工作原理是瓦坯從自動掛瓦機上依次掛起后并隨鏈條不斷向前運動，當經(jīng)過自動施釉機時，施釉機的淋釉頭經(jīng)定位裝置對準瓦坯噴淋施釉，瓦坯隨鏈條繼續(xù)前移，經(jīng)過一段距離的移動后瓦坯上的釉面已較干，隨后到達碼瓦裝窯位置后，由人工取下裝窯即可。

為了便于操作，該生產(chǎn)線還沿施釉平行位置設置了一條儲坯鏈條吊籃輸送線，用于釉坯的臨時存儲。

2.2.10 二次干燥窯

該二次干燥窯以直徑1.2m的煤氣熱風爐為熱源，窯內寬為2.6m，高度與隧道窯同一規(guī)格。其主要作用是將經(jīng)過一次干燥后施釉的釉坯裝上焙燒車，在150～180℃溫度下進行二次干燥和預熱，經(jīng)過8～10h的干燥后坯體含水率可以低于1%，從而可以使窯頭溫度達到200～250℃，加快產(chǎn)品的升溫速度和避免產(chǎn)品炸裂。

2.2.11高溫隧道窯

該窯以發(fā)生爐煤氣為燃料，內寬2.6m，有效高度0.65m，全長126m，其中預熱帶39m、燒成帶36m、冷卻帶51m。全窯共設置120支燒嘴，在預熱帶下排設有12對，在燒成帶分上下兩排設置48對。左右兩側燒嘴錯開，窯爐的最高設計燒成溫度為1200℃，設計燒成周期為21h，日產(chǎn)西瓦2.5萬片。

3 生產(chǎn)原料和配方

3.1 坯用原料及配方

3.1.1 坯用原料

高嶺土：產(chǎn)于朝鮮北部地區(qū)，外觀呈灰白色，塊狀軟質粘土，可塑性較好，含有較多塊狀木碳類雜質，鐵、鈦等元素含量也較高，在1200℃高溫燒成后呈灰黑色。用于琉璃瓦生產(chǎn)的主要作用是提高坯料的可塑性，防止琉璃瓦坯體在壓制和干燥過程中開裂。據(jù)朝方介紹，該高嶺土礦從十五世起已開始開發(fā)用于朝鮮日用陶瓷的生產(chǎn)，是朝鮮最著名的粘土礦，礦床儲量大，但距離廠區(qū)800多公里，需要通過鐵路運輸，而目前朝鮮的運力緊張，所以朝方希望盡可能地少用甚至不使用該原料。

八清里粘土：產(chǎn)于廠區(qū)25公里外的一個地名叫“八清里”的地方，是朝鮮傳統(tǒng)土瓦的生產(chǎn)原料。據(jù)說以該粘土為主要原料手工生產(chǎn)的土瓦已有上百年歷史。該原料是一種外觀類似我國廣東黑泥的塊狀軟質粘土，有機物含量高，但鋁含量較低，可塑性不好，在自然干燥條件下單獨擠壓成形也很容易出現(xiàn)開裂，其壓延性能也較差，不足以單獨成形。

寶山紅土：寶山紅土產(chǎn)于離廠區(qū)20多公里的農(nóng)田，外觀呈紅色，也為軟質粘土，其粘性大，壓延性能也較好，但可塑性差。將該原料引入琉璃瓦坯料中主要是為了提高坯料的壓延性，降低坯體的有機質，有利于琉璃瓦壓制和燒成。開發(fā)該原料就不得不損毀農(nóng)田，所以朝方也希望能少用甚至不使用。

白海砂：產(chǎn)于朝鮮西海岸，資源十分豐富，離廠區(qū)也僅20多海里，是一種外觀為白色的石英細砂，入廠粒度為20目。將石英砂引入琉璃瓦生產(chǎn)的作用主要是降低琉璃瓦干燥和燒成收縮，減少變形。

以上四種原料的化學組成如表1所示。

3.1.2 坯體配方

經(jīng)過對原料的分析和一系列的試驗后，最后確定生產(chǎn)配方，其配比如表2所示。

3.2 釉用原料及其配方

釉用原料如下：

含鉛透明熔塊：產(chǎn)地為中國山東，化學成份如表3所示。在釉中使用含鉛熔塊主要是使釉料能在較低溫度下成熟并有良好的光澤。

鉀長石粉：產(chǎn)地為朝鮮，入廠時過120目細粉料，白度較好，在釉中使用鉀長石主要起到熔劑作用，同時能提高釉料始熔溫度和釉面硬度等性能。其化學成分見表3。

中國高嶺土：產(chǎn)地為中國江蘇，在釉中引入高嶺土的目的主要是提高釉漿的懸浮性和附著力，防止釉漿沉淀并能拓寬釉料成熟溫度范圍。

方解石粉：產(chǎn)地為中國山東，在熔塊釉中引入方解石的主要作用是組成復合熔劑，降低釉料高溫粘度，提高釉面光澤。但用量不宜過多，否則容易引起析晶失透現(xiàn)象。

碳酸鋇粉：產(chǎn)地為中國，在釉中與其它熔劑組份可形成復合熔劑，降低釉料的成熟溫度和高溫粘度，提高釉面光澤度。

氧化鋁粉：產(chǎn)地為中國貴州，在熔塊釉中使用氧化鋁粉的目的主要是提高釉的起熔點，拓寬釉料的成熟溫度范圍。

氧化鋅：產(chǎn)地為中國柳州，外觀呈淺黃色。在釉中使用煅燒過的氧化鋅粉，作為釉料中的強熔劑，能有效地降低釉料的成熟溫度、高溫粘度和表面張力，提高釉面光澤度和覆蓋能力。但氧化鋅在釉中也是結晶劑，用量過高或產(chǎn)品冷卻不當時容易造成釉面結晶現(xiàn)象，從而影響釉面光澤。

經(jīng)過多次試驗后，最終確定如表4所列的釉料的生產(chǎn)配方。

4主要的生產(chǎn)工藝參數(shù)

4.1 原料處理及成形

（1） 對輥機間隙：一次對輥間隙1.8～2mm；

二次對輥間隙0.8～1.0mm

（2） 坯料陳腐時間：≥24h

（3） 瓦坯擠出成形水分：18～19%

（4） 擠出機真空度≤-0.090MPa

（5） 擠出壓力：≥1.0～1.5MPa

（6） 自動壓瓦機壓力：≥100t

4.2 釉料制備及施釉

（1） 料：球：水(wt%)=1：1.5：0.8

（2） 球磨時間：裝料量1.0t，球磨時間12h

（3） 球磨細度：過325目篩，篩余率4～7%

（4） 釉料比重：1.70～1.75

（5） 施釉量：85～95g(產(chǎn)品規(guī)格315mm×315mm)

4.3 干燥及燒成

（1） 瓦坯自然干燥時間：≥24h

（2） 一次干燥窯最高溫度45～80℃，干燥周期24h

（3） 一次干燥后坯體含水率4～6%

（4） 二次干燥最高溫度：180～200℃

（5） 坯體入窯水份＜1%

（6） 最高燒成溫度：1025℃

（7） 燒成周期：17～20h

5產(chǎn)品性能

生產(chǎn)線正常生產(chǎn)后，依據(jù)JC709-1998《中國建材行業(yè)燒結瓦產(chǎn)品標準》對產(chǎn)品性能進行了檢測，檢測結果完全達標。主要性能測定結果如下：

（1） 產(chǎn)品吸水率：6～8%

（2） 脊瓦彎曲破壞荷重為2800N，主瓦抗彎強度符合要求。

（3） 130±2℃～－15±5℃熱交換3次無開裂。

（4） 抗凍性：－20±3℃～15-25℃反復凍熔31h，期間15次無分層、崩解等現(xiàn)象。

6問題分析及討論

6.1 前期的原料考查和試驗工作應充分重視

按照正常工作程序，一個項目首先應進行立項，立項以后要進行可行性研究，這里有很多工作要做，其中特別重要的一項就是對原料進行考查和試驗，這個工作一定要做到實處。遺憾的是，由于多種原因，朝方在從未接觸過現(xiàn)代化琉璃瓦生產(chǎn)技術的情況下，既沒有將原料寄往中國琉璃瓦廠進行中試，也沒有請中方專業(yè)工程師到現(xiàn)場考察確認，就簡單地斷定當?shù)厥止どa(chǎn)土瓦的八清里粘土能單獨作為坯料來生產(chǎn)琉璃瓦，并大批量購進。中方工程師到現(xiàn)場時卻發(fā)現(xiàn)該原料可塑性不足，且有機物含量高，根本不可能單獨成瓷生產(chǎn)琉璃瓦。在此種情況下不得不重新進行原料篩選和開發(fā)工作，從而浪費時間，推遲了試生產(chǎn)日期。

6.2 工藝路線的設計和機械設備選型應和原料性能相適應

本生產(chǎn)線在項目方案設計時為了節(jié)省投資，把方案中本該配置的細碎原料設備雷蒙機從方案中省去，從而給后期的生產(chǎn)工藝和配方工作帶來了極大的限制和困難。例如中方技術人員在否定了八清里粘土單獨成形的可能性后，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)于朝鮮北部的高嶺土可塑性較好，足以保證琉璃瓦成形的塑性需要，但該原料中含有較多的大塊木質有機物，如果不能粉碎到1mm以下將極易產(chǎn)生坯泡和黑心缺陷，因沒有高效的細碎設備，從而給后來的配方工作帶來很大的不便。此外朝方廠區(qū)附近盛產(chǎn)的可用于生產(chǎn)琉璃瓦的硬質陶石，也因為沒有配備細碎設備而不得不棄用。所以，在生產(chǎn)線設計時不能一味地追求節(jié)約投資，應在原料考查試驗的基礎上充分考慮生產(chǎn)工藝需求，該上的設備一定不能省。

6.3 隧道窯應根據(jù)琉璃瓦的特點和原料性能進行設計

琉璃瓦是一種看似簡單的陶質產(chǎn)品，但琉璃瓦的生產(chǎn)窯爐有其自身的特點和要求，如果簡單地套用其他窯爐進行設計和施工往往難以達到最佳效果。

一是窯爐三帶比例的問題。對于琉璃瓦而言，其結構造型簡單，但厚度較厚（通常在15～20mm）且是濕法真空擠出成形，坯體致密度高，燒成時有機物的氧化以及碳酸鹽的分解等都比較困難，如果原料有機物含量高，則問題就更嚴重。所以生產(chǎn)琉璃瓦時必須保證有足夠長的氧化分解時間，相應地要求隧道窯的預熱帶和燒成帶較長。

而對于冷卻帶而言，因為產(chǎn)品結構均一、造型簡單、體積小，雖然較厚，也能較快地均勻冷卻，加上產(chǎn)品吸水率較高（我國現(xiàn)行行業(yè)標準規(guī)定為12%）、玻璃相較少，所以不易風驚，因此冷卻帶可以更短一些。

在朝鮮項目中，窯爐全長為126m，但冷卻帶卻占了51m，占全窯比例的40%，燒成時很容易造成產(chǎn)品黑心和起泡缺陷，如果燒成帶的長度能相應加長10～15m，縮短相應長度的冷卻帶，效果將更加理想。

二是窯爐氣幕問題。朝鮮琉璃瓦生產(chǎn)線的隧道窯在窯頭未設窯門而設有氣封氣幕，并在預熱帶設有攪拌氣幕，但不知出于何種原因，氣封氣幕和攪拌氣幕的氣源卻都使用室內的室溫空氣，筆者認為這不甚合理，因為設計窯頭氣幕風的目的應該是阻止窯外冷空氣漏入處于負壓的預熱帶，如果使用冷風作氣源，冷氣源被吸入窯頭，氣幕本身就沒有了意義。此外，攪拌氣幕使用冷風也降低了窯頭的溫度。原本經(jīng)過二次干燥后的瓦坯已被加熱到150℃以上，結果在入窯時卻先被冷卻，這不但造成能源的浪費，還壓低了窯爐預熱帶的升溫曲線，不利于提高瓦坯的物化反應效率。根據(jù)筆者的建議，朝方將在以后停產(chǎn)檢修時將氣源改為冷卻帶的余熱風。

三是窯爐的排煙能力。必須要有足夠的余量，排煙口的布置必須合理，否則在生產(chǎn)過程中原料配方的有機物含量又較高時，就難以保證將燃燒后的廢氣及時排走，進而影響到窯內氣氛和釉面質量。

7結 束 語

在中朝雙方的共同努力下，朝鮮自動化現(xiàn)代琉璃瓦生產(chǎn)線終于在2008年8月正常生產(chǎn)，首批產(chǎn)品將用于朝鮮國家大戲院的建設。該生產(chǎn)線的順利投產(chǎn)標志著煒達公司出口的全自動琉璃瓦生產(chǎn)線在朝鮮取得了成功，這同時也是中國國產(chǎn)琉璃瓦生產(chǎn)設備和技術水平不斷提高的標志。