張向衛(wèi) 陳維堯 姚禮裕
(福建科福材料有限公司 福建 泉州 362600)
福建省永春縣介福鄉(xiāng)擁有豐富的伊利石型瓷土資源,其遠(yuǎn)景儲量為5 000萬t。2012年,福建科福材料有限公司在介福鄉(xiāng)建設(shè)水洗瓷土生產(chǎn)線,生產(chǎn)伊利石型水洗瓷土這種標(biāo)準(zhǔn)原料,并大力推廣其在衛(wèi)生陶瓷原料中的應(yīng)用,大大促進(jìn)了介福鄉(xiāng)水洗瓷土的生產(chǎn)和銷售。目前,介福鄉(xiāng)有水洗瓷土生產(chǎn)企業(yè)20多家,福建科福材料有限公司生產(chǎn)量可達(dá)到年產(chǎn)10萬t,全介福鄉(xiāng)水洗瓷土年生產(chǎn)量可達(dá)到36萬t。
水洗瓷土產(chǎn)量中的70%供應(yīng)全國各地的衛(wèi)生陶瓷企業(yè)生產(chǎn)使用,其余部分供應(yīng)福建省德化地區(qū)的日用陶瓷、藝術(shù)陶瓷企業(yè)生產(chǎn)使用。
對于伊利石型粘土,往往需要進(jìn)行水洗加工,從而去除雜質(zhì)、減少砂質(zhì),提高鋁含量,提升性能、穩(wěn)定品質(zhì),產(chǎn)品稱為伊利石型水洗瓷土。其加工工藝流程如圖1所示。
圖1伊利石型水洗瓷土加工工藝流程
工藝流程中的錐打工序十分重要,是將瓷土原礦使用錐打設(shè)備連續(xù)性錐打數(shù)個(gè)小時(shí),對瓷土原礦進(jìn)行破碎和搓捻。通過錐打達(dá)到了破碎的要求,同時(shí)明顯提高了水洗瓷土的干燥抗折強(qiáng)度和可塑性,是不可替代的伊利石型瓷土的破碎方法。
錐打設(shè)備的傳統(tǒng)方法是以水流為動力的水錐和以電力為動力的木制電錐破碎方法。
電錐破碎方法的前身是水錐破碎方法,它是利用流水的動力推動水輪轉(zhuǎn)動,由水輪的軸將動力傳給上下運(yùn)動的錐頭,從而對瓷土原礦進(jìn)行破碎(如圖2所示)。由于水的流量隨天氣、季節(jié)有很大的變化,流水的動力也不可能帶動很多的錐頭,因此,水錐方法已不多見。
圖2 水錐破碎
木制電錐破碎方法是將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電錐重力勢能,再通過電錐的下落產(chǎn)生的沖擊力對瓷土原礦進(jìn)行粉碎的過程。單一的錐頭設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3 單一錐頭示意圖
一組電錐由電機(jī)、動力傳動軸、錐桿及錐臼4部分組成。由電機(jī)提供能量,再由動力傳動軸將能量錯(cuò)位地傳給每個(gè)錐桿,錐桿升起后再降落,其產(chǎn)生的沖擊力對瓷土原礦進(jìn)行破碎。為了能使錐臼里面的瓷土原礦都能得到錐桿的撞擊破碎,將錐臼底部及邊緣都設(shè)計(jì)成弧形過渡,錐桿對錐臼的撞擊產(chǎn)生一個(gè)垂直于錐臼弧壁的力,其分解成豎直方向及水平方向的力:豎直方向的力對瓷土原礦進(jìn)行撞擊破碎;水平方向的力對瓷土原礦進(jìn)行翻轉(zhuǎn),同時(shí)使錐臼中的瓷土原礦受到水平方向的碾搓。瓷土原礦在錐臼中的翻轉(zhuǎn)示意圖如圖4所示。
依據(jù)傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),26個(gè)錐頭組成一組,由一個(gè)7.5 kW的電機(jī)通過傳動軸提供動力,其示意圖如圖5所示。
圖4 瓷土原礦翻轉(zhuǎn)示意圖
圖5 一組木制電錐
傳統(tǒng)木制電錐存在以下缺點(diǎn):
1)制作電錐的材料必須為優(yōu)質(zhì)木料,這種木料既有很大的硬度,又有很強(qiáng)的韌性;錐腦(立桿)長約1.5 m、截面直徑約20 cm(長方形為長25 cm、寬20 cm ),錐桿長2.4 m,截面 長25 cm、寬20 cm。這樣又大又好的木料價(jià)格很高,而且很難找到。
2)瓷土原礦分別放入臼中,將錐打好的瓷土原礦分別從臼中取出,都要靠人工作業(yè),費(fèi)人、費(fèi)力。
3)生產(chǎn)效率低。受木料的限制,錐腦、錐桿都不能做得很大,受木料強(qiáng)度的限制,每次錐打時(shí),錐桿提起的高度不高,錐打的效果受到限制,是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中生產(chǎn)效率最低的一個(gè)環(huán)節(jié),嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率的提高。
傳統(tǒng)木制電錐已經(jīng)存在近百年,由于衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)行業(yè)使用了水洗瓷土,需求數(shù)量激增,傳統(tǒng)木制電錐的這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響著水洗瓷土的生產(chǎn),成為不斷提高水洗瓷土的產(chǎn)量、滿足市場需求的絆腳石。
為了克服傳統(tǒng)木制電錐存在的缺點(diǎn),福建科福材料有限公司自2015年12月開始研究制作新的連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線。該電錐加工線完全用鋼材替代了木材制作設(shè)備;單個(gè)電錐提高了錐頭捶打時(shí)下降的高度,提高了錐頭的質(zhì)量,其示意圖如圖6所示。
圖6 連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線中的單個(gè)電錐
連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線是多個(gè)電錐(如12個(gè))串聯(lián)一起使用, 如圖7所示。每個(gè)臼由臼槽連接在一起,整個(gè)臼槽具有一定的斜度,頭部高,尾部低。瓷土原礦在前一個(gè)臼中受到錐打,到一定程度后,沿著臼槽移動到下一個(gè)臼中,最后,經(jīng)過充分錐打的瓷土原礦移動到尾部,再送到下一個(gè)工序。
圖712個(gè)電錐串聯(lián)
圖8 連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線喂料裝置
在連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線頭部安裝有喂料裝置,不斷提供原土,如圖8所示。在尾部設(shè)有皮帶輸送機(jī),自動將錐打好的瓷土原礦送至下一工序,如圖9所示。
圖9 連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線出料
新的電錐加工線的主要參數(shù):
設(shè)備價(jià)格: 單個(gè)錐為2.8萬元;
裝機(jī)容量:單個(gè)錐5.5 kW,用于鏈條式傳動的錐頭提升;
單錐尺寸:長1.5 m、寬0.55 m、高5 m,;質(zhì)量400 kg;每分鐘錐打21次;
加工線外形尺寸(一組12個(gè)錐串聯(lián)):長18 m、寬0.55 m、高5 m;
生產(chǎn)能力(12個(gè)錐串聯(lián)): 每小時(shí)3 t;
操作人員數(shù)量(一組12個(gè)錐串聯(lián)):一組最多1人。
表1 主要設(shè)備參數(shù)對比表
新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐主要設(shè)備參數(shù)對比見表1。
操作人員數(shù)量:傳統(tǒng)電錐加工線每組需要2人,連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線每組最多需要1人。
由以上可以看出:
1)新的電錐加工線的單錐的生產(chǎn)效率相比傳統(tǒng)木制電錐的單錐提高了7倍;
2)新的電錐加工線比傳統(tǒng)木制電錐節(jié)省操作人員50%;
3)新的加工線的單錐設(shè)備價(jià)格比傳統(tǒng)木制電錐的單錐高3倍,電耗高1倍。
對新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐生產(chǎn)出的水洗瓷土的性能做以對比。
3.2.1 水洗瓷土淘洗率的對比
水洗瓷土淘洗率的對比見表2。
表2 水洗瓷土淘洗率的對比
由表2可以看出,新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐淘洗率相同。
3.2.2 水洗瓷土粒度的對比
水洗瓷土粒度的對比見表3。
表3 水洗瓷土粒度對比(%)
由表3可以看出,新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐粒度一致。
3.2.3 水洗瓷土化學(xué)成分的對比
水洗瓷土化學(xué)成分的對比見表4。
表4 水洗瓷土化學(xué)成分對比(質(zhì)量%)
由表4可以看出,新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐化學(xué)成分相同。
3.2.4 水洗瓷土干燥抗折強(qiáng)度的對比
水洗瓷土干燥抗折強(qiáng)度的對比見表5。
表5 水洗瓷土干燥抗折強(qiáng)度的對比
由表5可以看出,新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐干燥抗折強(qiáng)度相同。
福建科福材料有限公司自2017年4月制作出第一條連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線并投入使用,2017年10月第二條連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線投入使用,2017年12月第三條連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線投入使用。至2018年底,該種設(shè)備共加工瓷土約7.58萬噸,生產(chǎn)出伊利石型水洗瓷土約3.79萬t。設(shè)備項(xiàng)目的投資在投產(chǎn)后,不到2年的時(shí)間就取得了新增利潤的回報(bào)。
經(jīng)過1年多的使用,與傳統(tǒng)木制電錐相比,連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線表現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn):
1)生產(chǎn)效率極大提高,突破了提高水洗瓷土產(chǎn)量的瓶頸問題;
2)節(jié)省了操作人員,明顯減輕了勞動強(qiáng)度;
3)設(shè)備完全使用鋼鐵材料制作,取代原先使用的優(yōu)質(zhì)木材,解決了木制電錐的制作難題。
連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線解決了使用近百年的傳統(tǒng)木制電錐存在的不足之處;極大地提高了生產(chǎn)效率;節(jié)省了操作人員,明顯減輕了勞動強(qiáng)度;設(shè)備的制作完全使用鋼鐵材料,取代原先使用的優(yōu)質(zhì)木材。連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線是電錐設(shè)備的重大改進(jìn),在行業(yè)中具有極高的推廣價(jià)值。