陶瓷磚圓弧形“掉角”缺陷的成因及解決

陳海林

摘 要：陶瓷磚在窯爐快燒時易出現(xiàn)圓弧形“掉角”缺陷，其原因包括碰撞、急冷風裂和預熱開裂等。而預熱開裂的影響因素主要包括坯體配方原料、燒成溫度制度和生產(chǎn)工藝參數(shù)。實踐證明，通過配方原料調整，提高坯體干燥效率，改善坯體的熱穩(wěn)定性，“掉角”明顯減少。保持窯爐預熱段平緩的升溫梯度，對防止“掉角”有直接作用。升高入窯坯溫、降低入窯水分，對減少“掉角”有幫助。對于二次燒成，還需同時保證素燒和釉燒預熱段的合理溫度制度。當反復出現(xiàn)“掉角”時，綜合性的調整方案能從根本上解決問題。

關鍵詞：圓弧形;“掉角”;角裂;預熱開裂;溫度梯度;熱穩(wěn)定性;坯體原料

1 前 言

近年來，隨著建陶企業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)能不斷提升，產(chǎn)品規(guī)格越做越大，生產(chǎn)流程的新問題隨著而來，陶瓷磚的圓弧形“掉角”缺陷就是其中之一?！暗艚恰比毕莅l(fā)生時，程度輕重不等，難以完全消除，經(jīng)常反復出現(xiàn)，因每條生產(chǎn)線的實際情況不同，從業(yè)人員說法不一，造成工廠缺乏行之有效的解決方案。

2 缺陷現(xiàn)象描述

陶瓷磚的圓弧形“掉角”缺陷通常指的是：燒成時發(fā)生在角部、以磚的中心為圓點的圓弧形坯裂，也稱“角裂”，有一定的規(guī)律，大部分斷面整齊圓滑，或有少許粗糙點，因瓷磚的直角部缺掉，俗稱“掉角”。 它的圓弧形特征與一般的機械碰撞缺角有明顯的不同。當缺陷不嚴重時，掉的角較小，邊長約2～3cm，或者在出窯口磚的角部已出現(xiàn)圓弧形裂紋，然后在平臺滾動過程中掉去。而缺陷嚴重時，少則一個磚角缺掉，多則四個磚角全部缺掉，且掉的角較大，邊長可達到10cm或以上，甚至類似于窯爐冷卻不當引起的弧形開裂。

3缺陷的形成原因及解決方法

筆者查閱了近年來一些同行解決“掉角”缺陷的寶貴經(jīng)驗，結合自己在日常生產(chǎn)中的調試實踐，將圓弧形“掉角”缺陷按形成原因及解決方法分為三類，列舉如下：

3.1 磚坯強度低，機械碰撞導致“掉角”

由于粉料的顆粒級配不合理，流動性差，或模具的設計存在一定缺陷，造成磚坯的角部致密度（強度）低，如果發(fā)生機械碰撞，有可能會產(chǎn)生圓弧形“掉角”。此類“掉角”有明顯規(guī)律，經(jīng)常發(fā)生在磚坯的固定位置，一片磚很少同時缺掉二至四個角。

對此類“掉角”，主要從提高磚坯的強度來解決，包括適當增加坯體配方的可塑性粘土比例，調整制粉工藝使顆粒級配合理化，提高粉料流動性。至于壓機總成或模具缺陷引起的坯角部強度低，則從總成或模具改善來解決。

3.2? 磚坯在窯爐冷卻段發(fā)生風裂導致“掉角”

寬體輥道窯在生產(chǎn)大規(guī)格拋光磚時，容易在冷卻段出現(xiàn)“掉角”。主要原因是產(chǎn)品不易散熱，寬體窯的橫截面溫差不好控制，磚坯從急冷段進入緩冷段時，石英發(fā)生晶型轉換（573℃），當局部降溫速率過快，導致缺陷的產(chǎn)生。此類“掉角” 的中間部有少許粗糙面，在出窯位置有一定規(guī)律，可通過窯爐處理孔找到“掉角”發(fā)生的區(qū)段，進而確認。

經(jīng)排查確定是冷卻段引起的“掉角”， 主要從調整風裂的角度來解決。包括：⑴加強冷卻段的窯體保溫，塞緊石棉，防止冷風進入;⑵保持急冷和緩冷的微正壓或零壓;⑶適當提升急冷或緩冷的溫度;等等。

3.3? 磚坯在窯爐發(fā)生預熱開裂導致“掉角”

此類“掉角”較為普遍發(fā)生，無論在一次燒成的拋光磚、仿古磚，或者二次燒成的內墻磚，預熱過程控制不當都有可能出現(xiàn)“掉角”。本文重點對這類缺陷予以分析探討。

在《陶瓷制造技術》（1992）一書中，這類“掉角”被歸納為“預熱開裂”，如圖1所示。通常，預熱開裂指的是從坯體邊緣到中心不規(guī)則的裂縫，裂紋明顯，以邊裂為主。但“掉角”因其圓弧形特征，生產(chǎn)人員容易誤以為其它原因引起。筆者在排查缺陷時，發(fā)現(xiàn)此類“掉角”一般堆積在預熱段的第一至四組燒槍區(qū)的窯底。所以，討論此類“掉角”就要從“預熱開裂”的角度來考慮。

在窯爐預熱階段（入窯至950℃），磚坯的升溫速度按角、邊、面的次序下降，干燥水分蒸發(fā)速度按角、邊、面的次序降低，熱量在坯體內的傳遞滯后于坯體表面溫度的升降以及窯爐內部的溫差，所以角部與坯中心部的溫度差和水分差大，坯體內存在溫度梯度，引起坯體各部分收縮不均勻，產(chǎn)生熱應力，溫度變化速度過快時，即溫度梯度較大，坯體內的熱應力過大，超過磚坯所能承受的極限，則引起坯體邊裂，或角裂，即“掉角”。故圓弧形“掉角”（角裂）屬于預熱開裂的一種類型。

下文從以下三方面來討論預熱開裂的主要形成原因及解決措施：

3.3.1? 坯體配方原料

⑴ 原料的干燥敏感性高。例如蒙脫石類的粘土（膨潤土等）具有較高的干燥敏感系數(shù)，干燥收縮大，或原料吸濕膨脹大，干坯吸濕后強度迅速降低，特別是坯角部首先受到影響，容易在預熱前段造成掉角。

解決措施：干燥敏感性高、吸濕膨脹大的原料要少用。盡量保持坯體較小的干燥收縮。適當增加瘠性原料的比例，如長石、瓷石、瓷砂、葉蠟石、預燒過的原料，或回收的廢坯等等，以縮短坯體干燥時間，減少干燥收縮變形。

⑵ 配方中粘土類原料用量過多，瘠性原料不夠，排水性不好，磚坯沒有充分干燥即進入預熱段，急速升溫產(chǎn)生開裂。

解決措施：粘土類原料的比例要合理，避免為了提高生坯強度而過量添加塑性粘土，可通過測定生坯強度來確定配方是否滿足生產(chǎn)要求。

⑶ 坯體的游離石英過多。石英在573℃發(fā)生晶型轉換，引起坯體快速且突然的膨脹，當坯體耐熱震性能不夠好時，產(chǎn)生開裂。

解決措施：控制好坯體游離石英的含量，可減少預熱開裂和急冷風裂的發(fā)生。

⑷ 坯體的熱膨脹系數(shù)較大，熱穩(wěn)定性差。坯體隨溫度變化的體積變形大，體積穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生開裂。

解決措施：提高坯體的熱穩(wěn)定性，適當增加MgO、CaO的含量。保持坯體的熱膨脹系數(shù)中等，太大易產(chǎn)生預熱開裂，太小釉面磚的坯釉膨脹系數(shù)不匹配，導致炸釉龜裂。

⑸ 黑滑石的過量使用。由于滑石多是片狀結構，破碎時易呈片狀顆粒并較軟，故不易粉碎。在陶瓷制品成型過程中，極易趨于定向排列，導致干燥、燒成時產(chǎn)生各向異性收縮，過量使用也會引起預熱開裂。

解決措施：黑滑石可提高熱穩(wěn)定性，但要避免過量使用，一般控制在4%以內。鎂質粘土沒有片狀結構，較易磨細，且有一定可塑性，能較好地代替黑滑石使用。

⑹ 原料燒成黑心明顯，透氣性不好，或熔劑類原料（如鈉長石）過于低溫，導致坯體產(chǎn)生較嚴重的黑心、黃心或白心等。這方面的影響也體現(xiàn)在二次燒成過程中。素坯黑心導致磚坯內部吸水率不一致，當邊角部吸水率明顯大于中心部，會造成邊角部的膨脹系數(shù)和濕應力大于中心部，在釉燒的預熱段造成圓弧形掉角。

解決措施：調整配方比例，易黑心的原料要少用，以減少坯體黑心的程度。

⑺ 選用一些能適應快速燒成的原料，如透輝石、硅灰石、葉蠟石等。透輝石和硅灰石本身不含有機物和結構水，干燥收縮和燒成收縮都很小，熱膨脹系數(shù)不大，250～800℃時透輝石為7.5×10-6℃-1，硅灰石為6.7×10-6℃-1，且燒后磚坯的機械強度得到提高，熱穩(wěn)定性好，吸濕膨脹較小，在二次燒成的釉面磚生產(chǎn)中，也有利于釉燒窯的預熱快燒。

3.3.2? 燒成溫度制度

⑴ 窯頭溫度過高，預熱段升溫太急，溫度梯度大。特別是第一、二組燒槍開度太大，磚坯無法承受急劇升溫帶來的應力導致開裂。通常為了消除磚坯的黑心而過度升高前溫，增加了預熱開裂的風險。另外，在573℃時，坯體中的石英晶型轉換，此段升溫控制不好，也易產(chǎn)生裂紋。需注意的是，空窯或頻繁稀窯時，窯頭溫度較高，若控制不當，則產(chǎn)生“掉角”。

解決措施：調整排煙支閘等降低窯頭溫度，調小或關閉預熱帶輥棒下第一、二組燒嘴，以避免預熱帶開始時溫度升得太快。視情況降低第一至三區(qū)的底、面溫度設定，保證平穩(wěn)的溫度梯度。不要為了調整黑心缺陷而過度升高前溫。在預熱帶中后期也要保持升溫平穩(wěn)，防止晶型轉換產(chǎn)生開裂。盡量減少空、稀窯。

⑵ 預熱段橫截面的溫差大。窯體漏風或擋火墻設計不合理、窯底堆積碎坯、堵槍等引起的橫截面溫差過大時，磚坯受熱不均勻，易產(chǎn)生裂紋。

解決措施：盡量減少窯爐的橫截面溫度差。調整預熱帶的擋火板和擋火墻，加強窯墻保溫，特別要注意避免排煙附近區(qū)域的窯體漏風，防止炸坯過后堆積在窯底的碎坯造成溫度不均勻。檢查預熱前段各組燒嘴，保證火焰燃燒均勻，助燃風壓正常，避免堵槍，竄火等。

⑶ 需要注意的是，對于二次燒成的釉面磚，會出現(xiàn)素燒坯外觀完整，在釉燒預熱帶才出現(xiàn)圓弧形掉角的情況。由于生產(chǎn)現(xiàn)場條件的限制，無法準確檢查素燒坯角是否已經(jīng)存在暗裂，此時應同時檢查素燒窯爐和釉燒窯爐的預熱帶，按以上兩點操作調整，而不應該局限于釉燒窯爐的預熱帶進行調整。

3.3.3? 生產(chǎn)工藝參數(shù)

⑴ 坯體的入窯水分較高。坯體水分在短時間里沒有排盡，生成的水汽量大，在快燒條件下產(chǎn)生巨大的壓力。對于釉面磚，較多的噴水和施釉量更容易出現(xiàn)圓弧形“掉角”。

⑵ 坯體的入窯溫度較低。這意味著磚坯需要更長的受熱時間才能使表面和內部的溫度達到一致。當快速升溫時，磚坯表面溫度高于內部溫度，產(chǎn)生應力超過磚坯承受范圍，產(chǎn)生開裂。故儲坯機放置較久的冷坯入窯時更容易出現(xiàn)圓弧形“掉角”。

⑶ 坯體的厚度較厚，規(guī)格尺寸大。這將不利于快燒，但因為市場的需要而無法避免。

對以上三點的解決措施為：提高磚坯入窯溫度，降低入窯水分。一次燒成產(chǎn)品可提高烘干后坯溫，或提高二次烘干溫度，控制烘干坯體水分在0.5%以下，入主窯坯體水分在1%以下。對于二次燒成釉面磚，可適當提高素燒和釉燒的烘干窯溫度，控制干坯入素燒主窯水分在1.5%以下，釉坯的入釉燒主窯水分在0.5%以下。另外，需注意粉料的陳腐時間要保持24小時以上，防止粉料水分不均勻導致磚坯致密度不均勻。

4 生產(chǎn)解決實例

筆者所在公司長期生產(chǎn)一次半燒成600mm×600mm仿拋水晶地磚，吸水率8%～10%。雙層素燒窯爐，長度150m，內寬2.95m。單層釉燒窯爐，長度210m，內寬2.9m。產(chǎn)量22000平方米/天，生產(chǎn)基本正常。2018年產(chǎn)量加至24000平方米/天，素燒出窯坯體完整，到釉燒出窯時常出現(xiàn)圓弧形“掉角”。釉燒稀窯或空窯后情況更嚴重，一排磚幾乎全部會“掉角”，且同一片磚會缺掉兩三個角。

經(jīng)過長時間觀察，得出缺陷的出現(xiàn)規(guī)律：⑴磚坯的規(guī)格越大，厚度越厚，產(chǎn)生“掉角”機率大。600mm×600mm磚厚度從9.0mm增加至9.7mm，“掉角”明顯增多，同時混燒的400mm×400mm磚厚度8.0㎜不會“掉角”。⑵施釉量多的產(chǎn)品“掉角”偏多。⑶冷坯淋釉和儲坯機的磚坯出現(xiàn)“掉角”偏多。⑷釉燒出窯的主動邊出現(xiàn)“掉角”偏多。⑸將窯速減慢，產(chǎn)量降低至22000平方米/天，“掉角”明顯減少。

對缺陷的排查工作如下：⑴ 收集出窯“掉角”產(chǎn)品，不同壓機、模具號都有，沒有發(fā)生在磚坯的固定位置，初步排除壓機造成的可能性。⑵ 對素燒出窯的素坯外觀進行檢查，無發(fā)現(xiàn)明顯裂紋或缺角。⑶ 兩層素燒的磚坯在釉燒窯尾均有出現(xiàn)“掉角”，下層600×600有時較多“掉角”。⑷ 對“掉角”產(chǎn)生的區(qū)域進行排查，最后在釉燒窯爐預熱段的第一至第四組燒槍區(qū)的輥棒下窯底找到掉落的缺角碎塊，其中第三、四組堆積的碎塊較多。

缺陷解決措施如下：⑴ 調整壓機的壓力，增加高壓壓力，掉角略多;降低高壓壓力，掉角略少。⑵ 調整素燒窯爐急冷和緩冷溫度，升高20℃，“掉角”無變化。反之降低也是。⑶ 降低素坯的噴水量，減輕四個角部積釉，“掉角”略少。⑷ 清理釉燒預熱段的窯底積坯，檢查各組燒槍，保持火焰均勻，主動邊的“掉角”有所減少。⑸ 提高釉燒烘干窯溫度，從120℃升至170℃，“掉角”明顯減少。⑹ 把釉燒預熱段第一至第四組燒槍區(qū)的設定溫度（550℃-700℃）各升高50℃，發(fā)現(xiàn)“掉角”明顯增多。于是將設定溫度各降50度，并保持平穩(wěn)升溫，“掉角”基本消失。

但在隨后的生產(chǎn)過程中，“掉角”缺陷時常反復出現(xiàn)，程度時輕時重，每次通過調整釉燒窯烘干溫度和預熱溫度梯度，都會好轉，但無法斷根。2019年工廠將產(chǎn)品由白坯改為紅坯，并把吸水率調低至6%？8%，“掉角”情況更加嚴重。于是組織生產(chǎn)部進行第二輪解決方案：⑴ 調整坯體配方。將江西宜春黑滑石比例從3%增至5%，坯體MgO含量從1.52%升到1.75%，“掉角”沒有減少，反而有增加的趨勢，約占成品數(shù)量的2%～3%。⑵ 在坯體配方中引入南平透輝石6%，江西宜春黑滑石降為2%，坯體MgO含量從1.52%升到2.17%，“掉角”明顯減少。產(chǎn)量從22000平方米/天提高至24000平方米/天，“掉角”占成品產(chǎn)量比例保持為0.3%？0.6%，沒有增加。⑶ 排查素燒窯爐，發(fā)現(xiàn)預熱段第一至第三組燒槍區(qū)設定溫度較高，升溫梯度大，于是先試調整“掉角”較多的下層素燒窯，把預熱段第一至第三組燒槍區(qū)設定溫度分三次降低50℃，從950℃～1050℃降為800℃～900℃，下層磚坯在釉燒窯“掉角”的現(xiàn)象消失。同時上層素燒的磚坯在釉燒窯仍偶有“掉角”，于是對上層預熱段進行同樣的調整后，“掉角”現(xiàn)象消失。后將產(chǎn)量提高至26000㎡/天，并觀察稀窯出磚情況，都沒再出現(xiàn)“掉角”，問題得到解決。

5 總 結

陶瓷磚發(fā)生圓弧形“掉角”（角裂）時，可先根據(jù)缺陷出現(xiàn)的規(guī)律來排查產(chǎn)生原因，并制定針對性解決方案。對經(jīng)常發(fā)生在預熱段的“掉角”，采用解決預熱開裂的方法，能取得較好的效果。對二次燒成發(fā)生在釉燒窯的“掉角”，調節(jié)釉燒窯沒有完全解決時，應從素燒和釉燒的預熱段同時調節(jié)，使之保持合理溫度制度。對反復出現(xiàn)的“掉角”，還應該調整坯體配方原料，提高磚坯的干燥效率和熱穩(wěn)定性，并調節(jié)磚坯生產(chǎn)工藝參數(shù)，以適應快速燒成的要求。實踐證明，多方面綜合性的解決方案能從根本上杜絕缺陷的產(chǎn)生。

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