陶曉文

（咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院 陜西 咸陽 712000）

新型干法短流程生產(chǎn)陶瓷磚壓形粉料的工藝技術(shù)＊

陶曉文

（咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院 陜西 咸陽 712000）

主要介紹了陶瓷墻地磚壓形粉料制備的發(fā)展過程，并介紹了一種新型干法短流程生產(chǎn)陶瓷磚壓形粉料的工藝技術(shù)以及該工藝技術(shù)需要重點(diǎn)研究和開發(fā)的內(nèi)容，比較了新型干法短流程工藝的技術(shù)特性和經(jīng)濟(jì)特性。

干法短流程 陶瓷磚壓形粉料 工藝技術(shù)

前言

陶瓷磚制品形狀簡(jiǎn)單，通常采用陶瓷粉料的半干壓成形生產(chǎn)工藝壓制成半成品，然后經(jīng)過裝飾、燒成等工藝生產(chǎn)出陶瓷磚成品。陶瓷粉料制備工藝是陶瓷磚生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)歷了不同的工藝發(fā)展階段。

早在20世紀(jì)60年代，人們就采用錘擊粉碎機(jī)或雷蒙磨將原料細(xì)碎后經(jīng)雙軸攪拌機(jī)噴水預(yù)混，再經(jīng)輪碾機(jī)噴水增濕造粒，最后經(jīng)篩分和陳腐后制備成干壓成形用粉料。這種干法制粉生產(chǎn)技術(shù)不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，嚴(yán)重危害工人的身體健康，而且所制得的陶瓷粉料壓形不均勻，干濕差別大，細(xì)粉料與微細(xì)粉料較多，粉料的流動(dòng)性較差，導(dǎo)致坯體成形時(shí)易分層，坯體強(qiáng)度偏低，易于粘模，嚴(yán)重影響了陶瓷墻地磚的產(chǎn)品質(zhì)量。

到20世紀(jì)70年代末，我國陶瓷墻地磚行業(yè)開發(fā)研制了噴霧干燥器工藝技術(shù)及裝備，并成功應(yīng)用于制造陶瓷墻地磚粉料，即噴霧干燥濕法制粉工藝技術(shù)。該工藝為：各種原料按配方加入球磨機(jī)，加水35%～40%，球磨成泥漿，然后經(jīng)噴霧干燥設(shè)備將泥漿干燥到5%～7%的含水率，并實(shí)現(xiàn)制粉造粒。噴霧干燥制粉生產(chǎn)技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如自動(dòng)化程度高，制備的陶瓷粉料性能優(yōu)良，能確保成形坯體質(zhì)量等。但其造價(jià)昂貴，能耗較高。隨著全球能源危機(jī)和燃油價(jià)格的飆升以及陶瓷墻地磚生產(chǎn)企業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，這就促使人們?nèi)パ芯恳环N能使制備的陶瓷粉料性能與噴霧干燥制粉粉料性能相似，且最終獲得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而能耗及生產(chǎn)成本較低的制粉生產(chǎn)技術(shù)——陶瓷墻地磚的干法短流程制粉工藝技術(shù)。

1 陶瓷磚粉料干法短流程工藝技術(shù)

1.1 干法短流程工藝技術(shù)簡(jiǎn)介

陶瓷墻地磚新型干法短流程制粉工藝有別于高能耗的濕法制粉工藝，其工藝流程可概述為：各種不同的軟質(zhì)原料和硬質(zhì)原料經(jīng)鄂式破碎機(jī)或?qū)伿狡扑闄C(jī)進(jìn)行粗、中碎，再經(jīng)懸輥式磨粉機(jī)或立式磨粉機(jī)細(xì)磨細(xì)碎（磨），細(xì)粉料進(jìn)入各自的料倉。按配方，用電子稱從各料倉分別取料，進(jìn)入混合均化式混料器，將細(xì)粉料按配方混合均勻。混合均勻的細(xì)粉料進(jìn)入造粒系統(tǒng)，在造粒機(jī)中加入10%～12%的水分（相對(duì)水分），進(jìn)行“過濕”造粒，“過濕”造粒的粉料顆粒進(jìn)入流化床干燥器干燥至含水率為6%～8%，同時(shí)流化床干燥器系統(tǒng)的收塵裝置將未造粒的細(xì)粉末回收，重新進(jìn)入造粒機(jī)系統(tǒng)。干燥后的粉料經(jīng)篩分裝置過篩，篩上大顆粒經(jīng)優(yōu)化整形機(jī)整粒，同篩下合格料一同進(jìn)入料倉陳腐，供大生產(chǎn)壓制成形使用。以上工藝流程可概述為：

1.2 干法短流程工藝技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外于20世紀(jì)90年代末開始研究開發(fā)陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術(shù)及設(shè)備。如德國ERich公司相繼開發(fā)研究了干法工藝技術(shù)及設(shè)備，研制出不同類型的干法細(xì)磨設(shè)備及造粒機(jī)。意大利的L.B公司、GMV公司、M.S公司也相繼開發(fā)研制不同類型的干磨設(shè)備、造粒設(shè)備，依據(jù)各自設(shè)備的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了不同類型的新型干法短流程制粉工藝生產(chǎn)線。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外的干法制粉工藝生產(chǎn)線、工藝技術(shù)非常先進(jìn)。意大利某廠，1條每小時(shí)產(chǎn)量為30t的粉料生產(chǎn)線，整個(gè)車間僅有1人在中心控制室管理，所有設(shè)備均按設(shè)定的工藝技術(shù)參數(shù)，由微機(jī)統(tǒng)一控制，一些關(guān)鍵工藝參數(shù)由電腦經(jīng)打印機(jī)直接讀出，以備查詢。各種設(shè)備均配有自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)化程度非常高。

國內(nèi)曾于20世紀(jì)90年代研究開發(fā)了陶瓷墻地磚干法制粉工藝及裝備技術(shù)。咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院率先涉入這一技術(shù)領(lǐng)域，相繼開發(fā)研制了不同類型的造粒設(shè)備及流化床干燥設(shè)備，并對(duì)干法制粉工藝技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。研究開發(fā)的陶瓷墻地磚干法制粉工藝及裝備在國內(nèi)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。陶瓷墻地磚干法制粉工藝及裝備技術(shù)的研發(fā)，除工藝技術(shù)外，關(guān)鍵是配套的制備技術(shù)，當(dāng)時(shí)國內(nèi)還沒有大型干法研磨設(shè)備，僅有3～4t/h產(chǎn)量的雷蒙磨機(jī)，且故障率高，維修成本高，研發(fā)的造粒機(jī)產(chǎn)量也低，研發(fā)的工藝及設(shè)備僅能適用于小型陶瓷墻地磚廠生產(chǎn)中低端產(chǎn)品。由于工藝技術(shù)的不完善，粉磨及造粒設(shè)備產(chǎn)量小，自動(dòng)化程度低，車間作業(yè)環(huán)境差，制約了該項(xiàng)工藝技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

近幾年，水泥行業(yè)干法立式磨粉機(jī)的成功研發(fā)，為陶瓷磚行業(yè)干法制粉工藝裝備的進(jìn)一步開發(fā)研究提供了技術(shù)支持。咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院在干法制粉工藝技術(shù)中，對(duì)粉料干法造粒及干燥工藝和設(shè)備進(jìn)行了更深入的研究開發(fā)，目前，正在集成示范更先進(jìn)的干法短流程陶瓷磚制粉新工藝技術(shù)，以滿足目前陶瓷墻地磚行業(yè)的生產(chǎn)需要。

2 干法短流程工藝技術(shù)的研究開發(fā)

陶瓷墻地磚新型干法短流程工藝及關(guān)鍵裝備技術(shù)的研究開發(fā)項(xiàng)目是一個(gè)整體的系統(tǒng)研發(fā)領(lǐng)域，具體研究?jī)?nèi)容可概括為以下幾個(gè)方面。

2.1 適應(yīng)于干法短流程工藝的原料性能及配方特點(diǎn)的研究

干法制粉工藝有別于濕法制粉工藝，其原料經(jīng)過干法細(xì)粉碎到工藝要求的細(xì)度，然后經(jīng)過加水造粒，形成壓形所需要的粉料。適應(yīng)于干法制粉工藝的原料性能的研究包括原料的物理性能及化學(xué)性能。對(duì)于塑性原料，塑性指數(shù)是主要參數(shù)，它影響著最終粉料的成粒效果及粒度分布。對(duì)于瘠性原料，原料的硬度決定著干法細(xì)磨的細(xì)度和干磨效率，其性能特點(diǎn)也是重要的研究?jī)?nèi)容。

適應(yīng)于干法制粉工藝的原料配方的研究是干法制粉工藝的關(guān)鍵。為了保證配方原料在干磨（粉碎）后成分壓形的均勻性和穩(wěn)定性，從理論上講，干法制粉工藝由于其自身特點(diǎn)，要求配方中原料的硬度應(yīng)基本一致，并且原料種類不宜太多，在滿足粉料性能及產(chǎn)品性能的前提下，配方料物理性能應(yīng)盡可能相似，以保證原料細(xì)磨時(shí)原料成分的均勻一致性。然而實(shí)際情況是，我國地域遼闊，生產(chǎn)廠家所處的地理位置不同，可供選擇的地產(chǎn)原料種類有限；不同廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，不同種類的產(chǎn)品對(duì)原料的選擇也有不同的要求，一個(gè)配方對(duì)原料的選擇不僅要考慮其物理性能（如硬度），更重要的是要考慮其化學(xué)成分。因此，適應(yīng)于干法制粉工藝的配方研究顯得尤為重要。

2.2 原料干磨工藝及設(shè)備的研究開發(fā)

與濕法球磨機(jī)間歇式研磨方式不同，干法粉碎及研磨設(shè)備是連續(xù)式工作狀態(tài)。為了保證配料的均勻性和穩(wěn)定性，除了要考慮研究設(shè)計(jì)配方的同時(shí)，研究設(shè)計(jì)粉碎研磨工藝流程也是干法制粉工藝技術(shù)需要重點(diǎn)考慮并研究的內(nèi)容。對(duì)于原料種類較少或者原料性能接近的配料，粉碎研磨前，按配方將所有原料同時(shí)投入磨機(jī)粉碎研磨，達(dá)到細(xì)度的細(xì)粉料，進(jìn)入下一道造粒工序；對(duì)于原料種類較多的配料，按原料特性分為軟質(zhì)料和硬質(zhì)料，分別投入不同的磨機(jī)粉碎研磨，再按配方配比進(jìn)行混料均化，進(jìn)入下一道造粒工序。

干法研磨設(shè)備是干法制粉工藝技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一，研究開發(fā)適合不同原料特性（主要是指原料硬度）的干法研磨設(shè)備，是干法制粉工藝技術(shù)研究領(lǐng)域的重要課題。如同濕法制粉工藝的球磨機(jī)設(shè)備，現(xiàn)有的礦山研磨設(shè)備雷蒙磨機(jī)產(chǎn)量小，研磨介質(zhì)損耗大，壽命短，維修費(fèi)用高，且難以達(dá)到原料工藝及要求的細(xì)度。水泥行業(yè)的立式磨產(chǎn)量太大，裝機(jī)功率太大，能耗高，一次性投資大。針對(duì)陶瓷墻地磚原料性能的特點(diǎn)，研制產(chǎn)量適合，投資費(fèi)用低，節(jié)能，又能滿足工藝要求的新型高效節(jié)能磨粉機(jī)是干法制粉工藝技術(shù)研究開發(fā)的重點(diǎn)。

針對(duì)我國南北方礦山原料的分布特點(diǎn)，南方地區(qū)多雨，濕度大，軟質(zhì)原料含水量高的特點(diǎn)，開發(fā)研制帶熱風(fēng)干燥于一體的高效節(jié)能磨粉機(jī)也是研究開發(fā)的內(nèi)容。

2.3 干法制粉造粒工藝及造粒設(shè)備的研究開發(fā)

按照干法制粉工藝技術(shù)的特點(diǎn)，針對(duì)不同品質(zhì)的陶瓷墻地磚產(chǎn)品對(duì)壓形粉料的要求，干法制粉造粒工藝流程可分為兩種不同類型，一種為直接加水至粉料壓形所需水分（5%～7%）進(jìn)行造粒，另一種為采用過量加水（10%～12%）進(jìn)行造粒，然后經(jīng)過振動(dòng)流化床干燥至粉料壓形所需水分，采用這種工藝流程是為了保證粉料具有更好的流動(dòng)性，為生產(chǎn)更高檔次的陶瓷墻地磚產(chǎn)品提供保障。

如同濕法制粉工藝技術(shù)中噴霧塔制粉設(shè)備是最關(guān)鍵的設(shè)備一樣，陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術(shù)其關(guān)鍵設(shè)備為干法造粒機(jī)設(shè)備。據(jù)資料介紹，干法制粉工藝技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備——干法造粒機(jī)，根據(jù)造粒原理和機(jī)體本身結(jié)構(gòu)的不同分為不同類型的造粒機(jī)：如臥式造粒機(jī)、立式造粒機(jī)、輥筒式造粒機(jī)、盤式造粒機(jī)、氣流旋轉(zhuǎn)式造粒機(jī)等。根據(jù)原料性能的差別及生產(chǎn)不同品質(zhì)的陶瓷磚，開發(fā)研制不同類型的造粒機(jī)是主要研究?jī)?nèi)容。該系統(tǒng)除造粒機(jī)的開發(fā)研制，與之配套的流化床干燥器及配套的高效振動(dòng)篩系列設(shè)備，也是研究開發(fā)的內(nèi)容之一。

2.4 干法制粉粉料成粒機(jī)理、造粒效果及其影響因素的研究

濕法噴霧干燥制粉工藝是通過干燥蒸發(fā)霧化泥漿中的多余水分產(chǎn)生顆粒，因而形成的顆粒是空心的，表面較光滑。而干法制粉是通過濕化（水化）干細(xì)粉料，以濕化液體（水核）的表面張力吸附、團(tuán)聚干細(xì)粉，再通過外界機(jī)械力（來自造粒機(jī)）的強(qiáng)化、整合、優(yōu)化，形成實(shí)心顆粒料。由于濕化液體是由顆粒中心向外滲透，對(duì)顆粒表面的細(xì)粉粘附力降低，形成顆粒的表面疏松粗糙，形狀為不規(guī)則球狀體。干法制粉粉料性能主要指粉料顆粒的形狀及分布，即粉料的流動(dòng)性，粉料的容重。要使干法制粉粉料性能達(dá)到和接近濕法制粉粉料的性能，干法制粉粉料成粒機(jī)理、造粒效果及其影響因素的研究顯得極其重要。

2.5 開發(fā)研制高自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

通過對(duì)工藝及設(shè)備自動(dòng)化控制的研究開發(fā)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，提高工藝參數(shù)控制水平。針對(duì)原料及配方的性能特點(diǎn)，主要是原料的種類、塑性、硬度，含水率等參數(shù)，依據(jù)配料工藝流程研發(fā)原料自動(dòng)稱量及配料系統(tǒng)，研發(fā)磨粉機(jī)產(chǎn)量控制及粉料細(xì)度自動(dòng)控制系統(tǒng)，將原料特性、水分、硬度等參數(shù)預(yù)先設(shè)定，由微機(jī)控制，自動(dòng)調(diào)整磨輥壓力，充分保證粉磨細(xì)度，提高粉碎效率。在造粒和干燥工藝中，實(shí)現(xiàn)加料量及造粒機(jī)技術(shù)參數(shù)控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制，達(dá)到造粒效果的最優(yōu)化。

實(shí)現(xiàn)整線聯(lián)合自動(dòng)化控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)操作人員在控制室用微機(jī)控制原料水分、細(xì)度，粒度分布，產(chǎn)量等參數(shù)，保證各種工藝參數(shù)的可靠性和穩(wěn)定性。通過對(duì)不同工藝點(diǎn)及設(shè)備技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)集中的PC編程自動(dòng)控制，保證各種工藝技術(shù)參數(shù)的最優(yōu)化是陶瓷墻地磚新型干法短流程工藝及裝備技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。

3 干法流程工藝技術(shù)的特性

3.1 干法短流程工藝技術(shù)制備的粉料特性及產(chǎn)品特性

原料組成及配方相同的墻地磚生產(chǎn)，采用干法制粉生產(chǎn)技術(shù)與噴霧干燥制粉生產(chǎn)技術(shù)制備的粉料工藝性能與產(chǎn)品性能比較如表1所示。

表1 粉料性能及產(chǎn)品質(zhì)量比較

通過對(duì)以上測(cè)試數(shù)據(jù)的比較可得出如下結(jié)論：干法工藝制備的粉料性能與濕法工藝制備的粉料性能基本相同，同樣可滿足壓制不同規(guī)格的陶瓷磚。在同樣的壓力下，干法工藝制備的粉料壓制的生坯強(qiáng)度更高，密度更大，氣孔率更低。在產(chǎn)品達(dá)到同樣的吸水率的前提下，干法工藝制備的粉料壓制的產(chǎn)品，燒結(jié)溫度低，線性收縮小，機(jī)械強(qiáng)度更高。

3.2 干法短流程工藝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性

干法制粉生產(chǎn)技術(shù)與傳統(tǒng)的噴霧干燥制粉生產(chǎn)技術(shù)相比具有無可比擬的優(yōu)越性，以日產(chǎn)15 000m2的陶瓷磚生產(chǎn)線為例，采用干法短流程生產(chǎn)工藝替代濕法工藝制備壓形粉料，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2所示。

具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可降低能耗，降低生產(chǎn)成本。采用干法制粉工藝替代濕法制粉工藝，可一次性節(jié)約投資15%，節(jié)約電耗20%，節(jié)約熱耗65%，節(jié)約水耗80%。而且采用干法制粉工藝，不需要使用昂貴的減水劑，顯著降低了產(chǎn)品成本。

2）投資少，見效快。干法制粉生產(chǎn)技術(shù)所需設(shè)備少、流程短、構(gòu)造簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉，投資僅為噴霧干燥制粉工藝流程的80%左右，便于陶瓷墻地磚生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3）產(chǎn)品質(zhì)量好。干法制粉工藝制備的陶瓷粉料干壓成形后的坯體的致密度較大、機(jī)械強(qiáng)度較高，有利于減少坯體在干燥過程中的收縮變形，便于施釉和裝飾，甚至可實(shí)現(xiàn)某些陶瓷墻地磚產(chǎn)品的一次燒成和快速燒成。

陶瓷墻地磚干法制粉工藝及裝備技術(shù)的研究開發(fā)，對(duì)實(shí)現(xiàn)建材工業(yè)的綠色制造，實(shí)現(xiàn)建材工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義及明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，今后必將得到很大的發(fā)展，并將得到推廣應(yīng)用。

TQ174

A

1002－2872（2012）02－0046－03

陶曉文（1962－），本科，教授級(jí)高工；主要從事陶瓷工藝及干法制粉研究工作。