干法短流程工藝制備陶瓷磚粉料技術的研究開發(fā)*

陶曉文　成智文

(咸陽陶瓷研究設計院　陜西 咸陽　712000)

?

干法短流程工藝制備陶瓷磚粉料技術的研究開發(fā)*

陶曉文成智文

(咸陽陶瓷研究設計院陜西 咸陽712000)

摘要筆者介紹了陶瓷墻地磚壓型粉料制備的發(fā)展過程，同時還介紹了一種干法短流程工藝制備陶瓷磚粉料的工藝技術以及該工藝技術需要重點研究和開發(fā)的內(nèi)容，比較了干法短流程工藝的技術特性和經(jīng)濟特性。

關鍵詞干法短流程工藝陶瓷磚粉料研究開發(fā)

陶瓷磚制品形狀簡單，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。陶瓷粉料的制備工藝是陶瓷磚生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

近二十幾年來，噴霧干燥器造粒工藝技術及裝備在陶瓷行業(yè)大面積應用，成為陶瓷粉料造粒的主要技術和裝備。噴霧干燥濕法制粉工藝技術是將各種原料按配方進入球磨機，加水35%~40%，球磨成泥漿，然后經(jīng)噴霧干燥設備將泥漿干燥到5%~7%的含水率，并實現(xiàn)制粉造粒。噴霧干燥制粉生產(chǎn)技術有許多優(yōu)點，如自動化程度高、制備的陶瓷粉料性能良好、能確保成形坯體質(zhì)量等。但其造價昂貴，能耗較高。隨著全球能源危機和燃油價格的飆升以及陶瓷墻地磚生產(chǎn)企業(yè)的激烈競爭，促使人們?nèi)パ芯苛硪环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)量相同、而能耗及生產(chǎn)成本較低的制粉生產(chǎn)技術——陶瓷墻地磚的干法短流程工藝制粉技術。

1陶瓷磚粉料干法短流程工藝技術

1.1干法短流程工藝技術簡介

陶瓷墻地磚新型干法短流程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)顎式破碎機或?qū)伿狡扑闄C破碎并進行粗、中碎，再經(jīng)懸輥式磨粉機或立式磨粉機細磨細碎(磨)，細粉料進入各自的料倉。按配方，用電子秤從各料倉分別稱取原料，進入混合均化式混料器，將細粉料按配方混合均勻?；旌暇鶆虻募毞哿线M入造粒機系統(tǒng)，在造粒機加入10%～12%的水分(相對水分),進行“過濕”造粒，“過濕”造粒的粉料顆粒進入流化床干燥器干燥至6%～8%的水分(相對水分)，同時流化床干燥器系統(tǒng)的收塵系統(tǒng)將未造粒的細粉末回收，重新進入造粒機系統(tǒng)。干燥后的粉料經(jīng)篩分裝置過篩，篩上大顆粒經(jīng)優(yōu)化整形機整粒，與篩下合格料一同進入料倉陳腐，供大生產(chǎn)壓型使用。以上工藝流程可概述為：

1.2干法短流程工藝技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外于20世紀90年代末開始研究開發(fā)陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術及設備。德國的ERich公司，開發(fā)研究了干法工藝技術及設備，研制出不同類型的干法細磨設備及造粒機。意大利的L.B公司、GMV公司、M.S公司也相繼開發(fā)研制出了不同類型的干磨設備、造粒設備，依據(jù)各自設備的特點，設計開發(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、工藝技術非常先進。意大利某企業(yè)，一條產(chǎn)量為30 t/h粉料生產(chǎn)線，整個車間僅有一人在中心控制室管理，所有設備均按設定的工藝技術參數(shù)，由微機統(tǒng)一控制，一些關鍵工藝參數(shù)由電腦經(jīng)打印機直接讀出，以備查詢。各種設備均配有自動監(jiān)控系統(tǒng)及自動報警系統(tǒng)，自動化程度非常高。

國內(nèi)曾于20世紀90年代研究開發(fā)過陶瓷墻地磚干法制粉工藝及裝置技術。咸陽陶瓷研究設計院率先涉入這一領域，相繼開發(fā)研制了不同類型的造粒設備及流化床干燥設備，并對干法制粉工藝技術進行了比較系統(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)進行了推廣應用。陶瓷墻地磚干法制粉工藝及裝置技術的研發(fā)，除工藝技術外，關鍵是配套的制備技術，當時國內(nèi)還沒有大型干法研磨設備，僅有3~4 t/h產(chǎn)量的雷蒙磨粉機，且故障率高，維修成本高，研發(fā)的造粒機產(chǎn)量也低，其工藝及設備僅能適用于小規(guī)模陶瓷墻地磚廠，且都生產(chǎn)中低端產(chǎn)品。由于工藝技術的不完善，粉磨及造粒設備產(chǎn)量小，自動化程度低，車間作業(yè)環(huán)境差等因素制約了該項工藝技術的進一步推廣應用。

近幾年，隨著水泥行業(yè)干法立式磨粉機的成功研發(fā)，為陶瓷磚行業(yè)干法制粉工藝裝備的進一步開發(fā)研究的原料干磨設備提供了技術支持，咸陽陶瓷研究設計院在干法制粉工藝技術中，對粉料干法造粒及干燥工藝和設備進行了更深入的研究開發(fā)，正在集成示范更先進的干法短流程陶瓷磚制粉新工藝技術，實現(xiàn)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的研究開發(fā)

陶瓷墻地磚新型干法短流程工藝及關鍵裝備技術的研究開發(fā)項目是一個整體的系統(tǒng)研發(fā)領域，具體研究內(nèi)容可概括以下幾個方面。

2.1適應于干法短流程工藝的原料性能及配方特點的研究

干法制粉工藝有別于濕法制粉工藝，在于原料經(jīng)過干法細粉碎到工藝所要求的細度，然后經(jīng)過加水造粒，形成壓型需要的粉料。適應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性能。對于塑性原料，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。對于瘠性原料，原料硬度決定著干法細磨的細度和干磨效率，其性能特點也是重要的研究內(nèi)容。

適應于干法制粉工藝的原料配方的研究是干法制粉工藝的關鍵。為了保證配方原料在干磨(粉碎)后成分的均勻性和穩(wěn)定性，從理論上講，干法制粉工藝由于其自身特點，要求配方中原料的硬度應基本一致，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，配料的物理性能盡可能相擬，可保證原料細磨時，原料成分的均勻一致性。然而實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)種類有限；不同廠家所要生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，不同種類的產(chǎn)品對原料的選擇也有不同的要求，一個配方對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成分。因此，適應于干法制粉工藝的配方研究顯得尤為重要。

2.2原料干磨工藝及設備的研究開發(fā)

與濕法球磨機間歇式研磨方式不同，干法粉碎及研磨設備是連續(xù)式工作狀態(tài)。為了保證配方料的均勻性和穩(wěn)定性，除了考慮研究設計配方的同時，研究設計粉碎研磨工藝流程也是干法制粉工藝技術需要重點考慮研究的內(nèi)容。對于原料種類較少或者原料性能接近的配料，粉碎研磨前，按配方同時將原料放入球磨機粉碎研磨，達到細度的細粉料，進入下道造粒工序；對于原料種類較多的配方料，按原料特性，分軟質(zhì)料和硬質(zhì)料，單獨進入不同的磨機粉碎研磨，再按配方配比進行混料均化，進入下一道造粒工序。

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

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

2.3干法制粉粉料成粒機理、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)霧化泥漿小點滴中的多余水分生成顆粒，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)干細粉料，以濕化液體(水核)的表面張力吸附、團聚干細粉，再通過外界機械力(來自造粒機)的強化、整合、優(yōu)化，形成實心顆粒料。由于濕化液體是由顆粒中心向外滲透，對顆粒表面的細粉粘附力降低，形成的顆粒表面疏松粗糙，形狀為不規(guī)則球狀體。干法制粉粉料性能主要是指粉料顆粒的形狀及分布，粉料的流動性，粉料的容重。要使干法制粉粉料性能達到和接近濕法制粉粉料的性能，干法制粉粉料成粒機制、造粒效果及其影響因素的研究就顯得極其重要。

2.4干法制粉造粒工藝及造粒設備的研究開發(fā)

按照干法制粉工藝技術的特點，針對不同品質(zhì)的陶瓷墻地磚產(chǎn)品對壓形粉料的要求，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型所需水分(5%~7%)進行造粒；另一種為采用過量加水(10%~12%)進行造粒，然后經(jīng)過振動流化床干燥至粉料壓型所需水分，采用這種工藝流程是為了保證粉料具有更好的流動性，為生產(chǎn)更高品質(zhì)的陶瓷墻地磚產(chǎn)品提供保障。

如同濕法制粉工藝技術中噴霧塔制粉設備是最關鍵的設備一樣，陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術其關鍵設備為干法造粒機設備。據(jù)資料介紹，干法制粉工藝技術的關鍵設備干法造粒機根據(jù)造粒原理和機體本身結(jié)構的不同分不同類型的造粒機，有臥式造粒機、立式造粒機、輥筒式造粒機、盤式造粒機、氣流旋轉(zhuǎn)式造粒機等，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是主要研究內(nèi)容。該系統(tǒng)除造粒機的開發(fā)研制，與之配套的流化床干燥器及配套的高效振動篩系列設備，也是研究開發(fā)的內(nèi)容之一。

2.5開發(fā)研制自動化程度高的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機電一體化，提高工藝參數(shù)技術水平

通過對工藝及設備自動化控制的研究開發(fā)，實現(xiàn)機電一體化。提高工藝參數(shù)控制水平。針對原料及配方的性能特點(主要是指原料的種類、塑性、硬度、水分含量等參數(shù))，依據(jù)配料工藝流程研發(fā)原料自動稱量及配料系統(tǒng)，研發(fā)磨粉機產(chǎn)量控制及粉料細度自動控制系統(tǒng)，將原料特性、水分、硬度等參數(shù)預先設定，由微機控制，自動調(diào)整磨輥壓力，充分保證粉磨細度，提高粉碎效率。在造粒和干燥工藝中，實現(xiàn)加料量及造粒機技術參數(shù)控制系統(tǒng)自動化控制，實現(xiàn)造粒效果的最優(yōu)化。

實現(xiàn)整線聯(lián)合自動控制系統(tǒng)。實現(xiàn)操作人員在控制室用微機控制原料水分、細度，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。通過對不同工藝點及設備技術參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)集中的PC編程自動控制，保證各種工藝技術參數(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的研究內(nèi)容。

3干法短流程工藝技術的經(jīng)濟性

表1　粉料性能及產(chǎn)品質(zhì)量比較

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)技術與噴霧干燥制粉生產(chǎn)技術制備粉料的工藝性能與產(chǎn)品性能比較(如表1所示)。

表1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似，同樣可滿足壓制不同規(guī)格的陶瓷磚。在同樣的壓制力下，干法工藝制備的粉料壓制的生坯強度更高，密度更大，氣孔率更低。在產(chǎn)品達到同樣的吸水率的前提下，干法工藝制備的粉料所壓制的產(chǎn)品，燒結(jié)溫度低，線性收縮小，機械強度更高。干法制粉生產(chǎn)技術與傳統(tǒng)的噴霧干燥制粉生產(chǎn)技術相比具有無可比擬的優(yōu)越性，以日產(chǎn)15 000 m2的陶瓷磚生產(chǎn)線為例，采用干法短流程工藝替代濕法工藝制備壓型粉料，其技術經(jīng)濟指標比較見表2。

表2　不同粉料制備工藝的技術經(jīng)濟指標

4結(jié)語

干法制粉生產(chǎn)技術工藝具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1)生產(chǎn)工藝簡便，可節(jié)約大量的能耗，降低生產(chǎn)成本。采用干法制粉工藝替代濕法制粉工藝，不需使用昂貴的減水劑，可節(jié)省大量的能耗，顯著降低產(chǎn)品成本。

2)投資少，見效快。干法制粉生產(chǎn)技術所需設備少、流程短、構造簡便、造價低廉。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)擴大生產(chǎn)規(guī)模，提高經(jīng)濟和社會效益。

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、機械強度較高，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的研究開發(fā)，對實現(xiàn)建材工業(yè)的綠色制造，實現(xiàn)建材工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益，今后必將得到很大的發(fā)展，并將得到廣泛的推廣應用。

版權聲明

為適應我國信息化建設，擴大本刊及作者知識信息交流渠道，本刊已被《中國學術期刊網(wǎng)絡出版總庫》及CNKI系列數(shù)據(jù)庫收錄，作者著作權使用費與本刊稿酬一次性給付。如作者不同意文章被收錄，請在投稿時向本刊聲明，本刊將做適當處理。

《陶瓷》雜志社

中圖分類號：TQ176.76

文獻標識碼：A

文章編號：1002-2872(2016)01-0027-04

作者簡介：陶曉文(1961-)，本科，教授級高級工程師；主要從事陶瓷工藝及裝備的研究工作。

*國家十二五科技支撐計劃項目(項目編號：2013BAF09B02)。