一次燒濕法擠出大規(guī)格瓷質(zhì)薄板的研制

黃停停　鐘路生　賴文　劉仕建

摘要：筆者所在公司的技術(shù)研發(fā)中心對(duì)一次燒濕法擠出大規(guī)格瓷質(zhì)薄板進(jìn)行了研制及生產(chǎn)，目前已取得成功。本文主要介紹了一次燒濕法擠出大規(guī)格瓷質(zhì)薄板的生產(chǎn)工藝。

關(guān)鍵詞：一次燒；擠出法；大規(guī)格；瓷質(zhì)；薄板；生產(chǎn)工藝

1 前言

“薄板”產(chǎn)品的推出不僅是建陶行業(yè)的一個(gè)轉(zhuǎn)型，而且符合國(guó)家十二五規(guī)劃的節(jié)能減排政策。近幾年，國(guó)內(nèi)建陶行業(yè)大力推行薄板，陶瓷領(lǐng)域眾多專(zhuān)家一致認(rèn)為這是建筑陶瓷行業(yè)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。2007年科達(dá)就已經(jīng)研制出800mm×1800mm×3.5mm大規(guī)格超薄瓷質(zhì)磚[1]；周健兒、汪永清、馬玉琦[2]等人在濕法輥壓成型上做了大量研究，這些研究開(kāi)啟了國(guó)內(nèi)薄板行業(yè)?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)薄板生產(chǎn)的概況為：（1） 干壓成型（瓷質(zhì)薄板）：蒙娜麗莎；（2） 濕法擠出（二次燒陶質(zhì)薄板）：寧波日泰、山東德惠來(lái)；（3） 薄磚企業(yè)有：BOBO、新中源、諾貝爾。干壓成型受一些條件的限制，如壓機(jī)、模具、原料、工藝配方、投資成本大、產(chǎn)品合格率低、安裝成本高等因素，致使薄板技術(shù)推廣仍很困難。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有提供全套濕法擠出大規(guī)格瓷質(zhì)?；“迳a(chǎn)線的設(shè)備廠家，筆者所在公司定位以濕法擠出成型方式為立，打破傳統(tǒng)噴霧造粒的觀念，運(yùn)用自主研發(fā)的MRD—H3系列三層輥道干燥窯、MHC系列的燒成輥道窯爐，再結(jié)合意大利EKK4500擠出機(jī)、壓延機(jī)等設(shè)備生產(chǎn)擠出陶瓷?；“澹?200mm×2800mm×5.0mm），而且已在我司技術(shù)研發(fā)中心試驗(yàn)成功。

2 擠出大規(guī)格瓷質(zhì)薄板生產(chǎn)工藝

2.1原料及工藝控制

2.1.1原料選擇

薄板因?yàn)楸?，坯體干燥強(qiáng)度、斷裂模數(shù)是考察其性能的重要指標(biāo)。如果坯體干燥強(qiáng)度低，坯體不能在生產(chǎn)線上安全輸送，因此泥料選擇對(duì)于擠出成型、特別是對(duì)大規(guī)格薄板來(lái)說(shuō)更為重要。一般泥料選擇通常需要考慮泥料的塑性、化學(xué)成分、干燥敏感系數(shù)、干燥抗折強(qiáng)度、燒結(jié)性能、吸水率、燒失量等物理性能參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一般泥料的含鋁量越高，其泥料性能相對(duì)較好，但加水量相對(duì)較多。

2.1.2原料處理

原料處理有兩種工藝：①原料粗碎→球磨→壓榨→練泥；②原料粗碎→細(xì)破→雷蒙破碎→配料→干混→加水→造粒；這兩種原料加工方法去除了噴霧造粒工藝，符合國(guó)家的節(jié)能減排政策，值得大力推廣。工藝①中的球磨能夠使泥料混合均勻，有利于坯體的燒結(jié)；而工藝②中的干法混合泥料均勻度較差，坯體燒結(jié)性能相對(duì)較差，吸水率相對(duì)較高，但我司現(xiàn)正與干法制粉廠家共同合作，基本攻破了這一技術(shù)難題，能實(shí)現(xiàn)干法制粉生產(chǎn)瓷質(zhì)拋光磚。

2.1.3工藝流程圖

一次燒濕法擠出大規(guī)格瓷質(zhì)薄板的生產(chǎn)工藝流程圖見(jiàn)圖1。

2.1.4原料工藝參數(shù)

細(xì)度：250目篩余≤1%；

流速：15s～25s。

2.2擠出、壓延成型

本試驗(yàn)采用意大利OMG—EKK4500擠出機(jī)擠出薄板，圖2為擠出寬1400mm薄板效果圖。擠出薄板的主要性能參數(shù)如下：

擠出厚度：≤12㎜；

擠出壓力：25～30Bar；

真空度：—0.09MPa；

擠出速度：1～15m/min；

坯體表面硬度：1.6～2.5 kg/cm2；

坯體水分：18%～22%。

本試驗(yàn)采用壓延機(jī)延壓成型，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)按鈕，精確控制坯體厚度，圖3為壓延效果圖。壓延主要參數(shù)如下：

尺寸：Φ400mm×1700mm；

壓延偏差精度：±0.05mm；

行程開(kāi)關(guān)精度：±0.01mm；

壓延速度：1～15m/min。

2.3干燥

本試驗(yàn)采用筆者所在公司自主研發(fā)的MRD—H3系列三層輥道干燥窯。其干燥原理是利用熱風(fēng)在干燥器內(nèi)強(qiáng)烈循環(huán)且充分快速地與坯體進(jìn)行熱交換，快速帶走水分的干燥方法，圖4為薄板干燥效果圖。該窯爐的主要特點(diǎn)如下：①每一節(jié)都是一個(gè)獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，獨(dú)立控制每一節(jié)的溫度、濕度，實(shí)現(xiàn)最佳的干燥環(huán)境，確保大規(guī)格尺寸坯體在干燥過(guò)程中不開(kāi)裂、不變形；②干燥速度快，占地少，節(jié)約能源，即使是多層，層與層之間的溫差極小；③熱源采用燃燒機(jī)，或者窯爐余熱；④干燥窯的層數(shù)和總長(zhǎng)度視具體場(chǎng)地和產(chǎn)量而定；⑤傳動(dòng)形式采用螺旋齒輪帶動(dòng)輥棒輸送坯體。

本試驗(yàn)采用的薄板干燥窯窯長(zhǎng)為10.2m，干燥周期為80～120min，其干燥參數(shù)如表1所示。

2.4燒成

薄板的燒成采用筆者所在公司自主研發(fā)MHC系列輥道窯，MHC系列輥道窯是摩德娜為擠出行業(yè)研制出的新型窯爐，圖5為薄板燒成效果圖。其主要特點(diǎn)如下：①由于擠出產(chǎn)品坯體致密性好，相較于干壓坯體，其排氣更加困難，MHC系列窯爐的結(jié)構(gòu)能夠確保產(chǎn)品氧化更充分；②運(yùn)用了最新的MDR節(jié)能燃燒技術(shù)，MDR節(jié)能系統(tǒng)是指充分利用冷卻而產(chǎn)生的熱量，有效地提高窯爐助燃風(fēng)的溫度，其溫度可達(dá)120～150℃，降低了生產(chǎn)成本。

本試驗(yàn)采用的輥道窯窯長(zhǎng)37.8m；產(chǎn)品燒成周期120min。其燒成參數(shù)如表2所示，燒成曲線如圖6所示。

3 生產(chǎn)中應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1泥料的水分

泥料水分決定坯體塑性，能否成型。如果泥料的水分過(guò)大，其在擠出機(jī)中會(huì)打轉(zhuǎn)，甚至?xí)啬鄶D不出，或者能夠擠出，但也達(dá)不到坯體所需要的致密度；如果泥料的水分過(guò)小，泥料沒(méi)有塑性，無(wú)法成型，擠出時(shí)擠出機(jī)發(fā)燙厲害，會(huì)縮短擠出機(jī)的使用壽命。具體的泥料調(diào)節(jié)水分需根據(jù)坯體配方確定，通常薄板配方擠出泥料水分比陶板擠出水分高。

3.2擠出壓力

擠出壓力決定擠出坯體的致密度，擠出壓力過(guò)大，擠出機(jī)發(fā)燙厲害，會(huì)縮短擠出機(jī)使用壽命，同時(shí)降低泥料塑性；擠出壓力過(guò)小，坯體致密度達(dá)不到。合理的擠出壓力可保證坯體致密度，擠出壓力>23Bar較好。

3.3壓延、傳動(dòng)速度

壓延機(jī)壓延精度關(guān)系到坯體的表面平整度，通常要求壓延機(jī)的壓延精度達(dá)到0.05mm。輥臺(tái)的傳動(dòng)速度與壓延速度之間的匹配關(guān)系著坯體壓延的致密度和坯體能否安全傳送平臺(tái)，如果輥臺(tái)速度大于壓延速度，坯體會(huì)堆積起來(lái)；如果輥臺(tái)速度小于壓延速度，坯體壓延時(shí)會(huì)拉裂。在生產(chǎn)中首先應(yīng)該調(diào)節(jié)好輥臺(tái)和壓延的速度，達(dá)到最佳壓延狀態(tài)。

3.4干燥開(kāi)裂、變形

薄板因?yàn)楸?、且?guī)格大，干燥過(guò)程中極易出現(xiàn)開(kāi)裂、變形。通常以下幾種因素會(huì)引起干燥開(kāi)裂、變形：①擠出、壓延使得坯體的致密度不同；②傳動(dòng)皮帶、輥臺(tái)速度不一；③干燥制度不合理；④輥臺(tái)、干燥窯輥棒不平整；⑤切邊刀片不鋒利等。因此要確保干燥表面平整、不開(kāi)裂、不變形，首先應(yīng)確保擠出、壓延坯體的致密度是否穩(wěn)定，可以通過(guò)調(diào)整擠出機(jī)和壓延機(jī)實(shí)現(xiàn)；其次檢查切邊的刀片是否鋒利；再次檢查皮帶、輥臺(tái)速度是否一致、是否水平；最后調(diào)整出合理的干燥制度。

3.5燒成

薄板前期燒成跟拋光磚燒成制度基本差不多，升溫不能太急、氧化需要充分、高火保溫時(shí)間應(yīng)足夠等；但因?yàn)槠湟?guī)格大、長(zhǎng)，而且燒成后已瓷化，如果體積變化太劇烈，那么極易開(kāi)裂，所以緩冷時(shí)應(yīng)該特別注意，盡量使573℃石英晶型轉(zhuǎn)換放慢，安全度過(guò)晶型轉(zhuǎn)化期。

4 產(chǎn)品性能

本試驗(yàn)采用DFM智能數(shù)字測(cè)力控制儀測(cè)量斷裂模數(shù)、破壞強(qiáng)度；吸水率采用煮沸法測(cè)量，其檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

5 結(jié)論

超薄板生產(chǎn)工藝，特別是一次燒成瓷質(zhì)超薄板的生產(chǎn)工藝，可大幅減少原料用量。薄板厚度為3～6mm，只有現(xiàn)行墻地磚厚度的1/4，原料用量可減少60%以上；同時(shí)，減去了傳統(tǒng)的噴霧造粒，甚至球磨工藝，大大節(jié)省電力、燃料等，能源節(jié)約至少40%以上；還可減少生產(chǎn)設(shè)備和人工，也利于工廠管理；節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)率和成品率，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 江宏，劉培功等.一次燒成大規(guī)格超薄瓷質(zhì)磚的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過(guò)程[J].中國(guó)陶瓷工業(yè)，2007，14（4）.

[2] 周健兒，汪永清等.濕法輥壓成型泥料的成型性能影響因素探討[J].中國(guó)陶瓷工業(yè)，2009，16（3）.

[3] 周健兒，馬玉琦等.提高大規(guī)格超薄建筑陶瓷磚瓷坯性能的研究[J].陶瓷學(xué)報(bào)，2006，27（3）.