近凈成型粉體制備技術(shù)的研究

李清遠(yuǎn) 陳振 劉任松（廣東家美陶瓷有限公司）

0 前言

在瓷質(zhì)磚的實(shí)際生產(chǎn)中，人們往往把注意力集中在燒成溫度及燒成速度等參數(shù)上，但是在粉料性能不佳的情況下，單靠調(diào)整燒成參數(shù)難以取得理想效果，一個(gè)比較明顯的問(wèn)題就是壓制成型后坯體的密度分布容易出現(xiàn)不均勻，燒成后制品容易出現(xiàn)“大小頭”和“縮鼓腰”（如圖1），造成產(chǎn)品尺寸不規(guī)整。為了保證尺寸的規(guī)整，行業(yè)更多的是采取放大產(chǎn)品尺寸，通過(guò)后期磨邊來(lái)解決。出窯制品的尺寸偏差越大，制品需要磨邊切削的量就越大，這樣既增加了陶瓷原材料的消耗，又造成了水、電、設(shè)備等資源的浪費(fèi)。

圖1 產(chǎn)品大小頭、縮鼓腰示意圖

造成產(chǎn)品出現(xiàn)“大小頭”和“縮鼓腰”的主要原因，是粉料的性能不佳（級(jí)配不合理、流動(dòng)性差、水分不均勻等），使得成型時(shí)的填料不均勻，造成成型后的坯體各部位的致密度不同，燒成后收縮不一所致。所以要想縮小產(chǎn)品出窯后的尺寸偏差，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的近凈成型，首先要提升粉料的成型性能，本文將著重闡述料漿加工和噴霧制粉兩方面對(duì)粉料性能的影響。近凈成型技術(shù)是指零件成型后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機(jī)械零件的成型技術(shù)，深入研究粉料的制備技術(shù)，探討瓷質(zhì)磚的近凈成型，對(duì)提高產(chǎn)品品質(zhì)，提升建材產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)，節(jié)能降耗具有積極的作用。

1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)坯體配方選用廣東清遠(yuǎn)某廠的瓷質(zhì)磚配方，主要原料為當(dāng)?shù)氐哪嗔?、石粉、鉀砂等，配方泥含?5%。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)坯體配方使用100t 間歇球磨機(jī)球磨，球磨后料漿用6000型噴霧塔噴霧制粉。

2 結(jié)果與分析

2.1 料漿性能對(duì)粉料形態(tài)的影響

2.1.1料漿水份的影響

按實(shí)驗(yàn)坯體配方配制原料，改變料漿制備工藝參數(shù)得到含水率為32.46%、34.21%、36.28%、38.72%四種料漿，分別在同條件下進(jìn)行噴霧干燥造粒，利用400 倍數(shù)碼電子顯微鏡觀察對(duì)比四種不同含水率的料漿在相同條件下噴霧造粒后的外觀形態(tài)，并測(cè)試其粉料含水率和質(zhì)量流出時(shí)間（質(zhì)量流出時(shí)間的測(cè)量過(guò)程為，先稱取100g測(cè)試粉料，使用HYL-105型注入限定底面法安息角測(cè)試計(jì)，用秒表進(jìn)行計(jì)時(shí)，記錄粉料通過(guò)儀器漏斗所用時(shí)間即為該樣品的質(zhì)量流出時(shí)間），如表1，料漿水份變化在2%～6%時(shí)，對(duì)粉料外觀形態(tài)和質(zhì)量流出時(shí)間影響不大。

表1 料漿水分對(duì)粉料形態(tài)的影響

2.1.2料漿細(xì)度的影響

按實(shí)驗(yàn)坯體配方配制原料，通過(guò)改變料漿制備工藝參數(shù)，制備得到325 目篩余分別為1.54%、2.08% 和2.61%的料漿。對(duì)比分析三種料漿在相同條件下噴霧造粒后粉料的主要性能，如表2。料漿細(xì)度改變后，粉料外觀形態(tài)無(wú)明顯變化，但質(zhì)量流出時(shí)間隨著料漿細(xì)度變粗而變小，從數(shù)碼電子顯微鏡觀察情況分析(圖2 粉料顆粒放大20 倍照片)，料漿的細(xì)度改變后，粉料的外觀形態(tài)雖然沒(méi)有發(fā)生明顯變化，但是粉料的粒度分布發(fā)生了改變，隨著料漿細(xì)度的變粗，粉料粗顆粒占比增多。

表2 料漿細(xì)度對(duì)粉料形態(tài)的影響

圖2 不同料漿細(xì)度的粉料顆粒形態(tài)圖

2.1.3料漿流動(dòng)性的影響

采用實(shí)驗(yàn)坯體配方配制原料，通過(guò)調(diào)整料漿添加劑后得到流速分別為48s、66s、93s、127s 四種料漿，對(duì)比觀察四種料漿在相同條件下噴粉造粒后的粉料性能，如表3，料漿流速對(duì)粉料的外觀形態(tài)有較大的影響，隨著料漿流速變大，粉料的質(zhì)量流出時(shí)間變大，外觀球形度變差，表面變得毛糙。

2.1.4料漿加工技術(shù)小結(jié)

從料漿水份、細(xì)度和流速的試驗(yàn)來(lái)看，料漿水份和細(xì)度對(duì)粉料形態(tài)的影響較小，粉料細(xì)度偏粗，粗顆粒級(jí)配多時(shí)，粉料的質(zhì)量流出時(shí)間要??；料漿水份一定，料漿流速變大后，粉料的外觀出現(xiàn)毛剌，流動(dòng)性變差。

2.2 噴霧制粉技術(shù)的影響

2.2.1噴霧壓力對(duì)粉料顆粒級(jí)配的影響

噴霧干燥造粒法中噴霧壓力的大小和是否穩(wěn)定，對(duì)粉料的性能有直接的影響，當(dāng)噴霧壓力不足或不穩(wěn)定時(shí)，粉料容易粘結(jié)，造成粗顆粒增多、顆粒分布不均等現(xiàn)象，同時(shí)影響粉料表面的光滑度，為了試驗(yàn)噴霧壓力對(duì)粉料顆粒級(jí)配的影響，使用含水率為32%的實(shí)驗(yàn)坯體料漿，設(shè)置噴片孔徑和槍距恒定，通過(guò)改變噴霧壓力來(lái)制備四組坯體粉料，測(cè)得各組粉料的主要性能如表4。

表4 噴霧壓力對(duì)坯體粉料顆粒級(jí)配的影響

從表4 可看出噴霧壓力越大粉料中細(xì)顆粒占比越多；壓力越小粗顆粒的占比越大，粒度分布變得不均勻，粉料的球形度和光滑性變差，導(dǎo)致粉料的顆粒級(jí)配不均勻，當(dāng)壓力在2.00～2.50MPa 之間時(shí)，粉料的外觀形態(tài)較好（如圖3粉料形態(tài)對(duì)比圖），顆粒級(jí)配相對(duì)均勻。

圖3 粉料形態(tài)對(duì)比圖

2.2.2孔徑對(duì)粉料顆粒級(jí)配的影響

試驗(yàn)使用含水率為32%的項(xiàng)目坯體料漿，噴霧壓力和噴槍槍距恒定，通過(guò)改變噴片的孔徑來(lái)制備5 組坯體粉料，其粉料性能如表5所示。

從表5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，噴片孔徑越大，粉料中的粗顆粒占比越多，顆粒分布越分散，不夠集中和均勻，粉料球形度變差質(zhì)量流出時(shí)間增大；孔徑過(guò)小，生產(chǎn)穩(wěn)定性變差且產(chǎn)能下降。

2.2.3噴槍槍距對(duì)粉料顆粒級(jí)配的影響

使用含水率為32%的實(shí)驗(yàn)坯體料漿，固定噴霧壓力和噴片孔徑，通過(guò)改變噴槍槍距來(lái)制備5 組坯體粉料。具體情況如表6和圖4所示。

表6 噴槍槍距對(duì)坯體粉料顆粒級(jí)配的影響

圖4 調(diào)整槍距前后項(xiàng)目坯體粉料的顆粒分布圖

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)噴槍槍距過(guò)小時(shí)，由于料漿過(guò)度交叉重疊產(chǎn)生互相粘結(jié)，干燥成粉后粉料球形度變差，表面變得毛糙，質(zhì)量流出時(shí)間也變大。將噴槍槍距適當(dāng)放大，由原來(lái)的1m調(diào)整至1.5m，其粉料的顆粒分布在如上圖4 所示，長(zhǎng)條狀粉料粗顆粒的占比減少，粉料的外觀形態(tài)和流動(dòng)性更好，顆粒分布更均勻。

2.2.4粉料出塔溫度的影響

通過(guò)噴霧干燥制備出來(lái)的粉料經(jīng)噴霧出塔口下面的傳輸帶運(yùn)送到料倉(cāng)存儲(chǔ)，由于粉料出塔溫度較高，在輸送的過(guò)程中容易造成粉料結(jié)團(tuán)，儲(chǔ)存至料倉(cāng)后引起粘壁結(jié)塊，給后期的成型工藝帶來(lái)不良影響。為了避免因?yàn)榉哿蠝囟绕邘?lái)的不良影響，需要對(duì)出塔粉料進(jìn)行降溫處理，通過(guò)風(fēng)冷抽濕，降低粉料出塔溫度，減少水分蒸發(fā)。從試驗(yàn)來(lái)看，粉料出塔溫度穩(wěn)定在35 度以內(nèi)，可以改善粉料粘壁、成團(tuán)結(jié)塊的問(wèn)題，對(duì)提高成型質(zhì)量，減少壓制成型缺陷的產(chǎn)生起到了作用，從而改善坯體燒成收縮不一致的問(wèn)題，有利于產(chǎn)品尺寸的控制。

2.2.5粉料制備技術(shù)小結(jié)

⑴噴霧壓力在2.00～2.50MPa 范圍，制備的粉料顆粒級(jí)配相對(duì)均勻。

⑵噴片孔徑選擇1.5～2.30mm 之間，粉料形態(tài)和質(zhì)量流出時(shí)間較好。

⑶適當(dāng)放大噴墨槍槍距，制備出來(lái)的粉料球形度好，長(zhǎng)形狀粉料粗顆粒占比減少，顆粒大小分布更均勻集中。

⑷粉料出塔溫度穩(wěn)定控制在35 度以內(nèi)，可以改善粉料粘壁、成團(tuán)結(jié)塊的問(wèn)題。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將坯料配方的泥含量提高到40%，料漿細(xì)度控制在325 目篩余1.5%～2.0%，流速在60～90S，噴片孔徑使用1.5～2.3 組合，噴霧壓力控制在2.0～2.5MPa，適當(dāng)放大噴槍槍距，制備粉料。檢測(cè)粉料性能，安息角在30°以內(nèi)，質(zhì)量流出時(shí)間小于40S，粉料流動(dòng)性明顯優(yōu)于普通粉料。使用該粉料生產(chǎn)600×600mm 規(guī)格產(chǎn)品，配合壓機(jī)和窯爐的調(diào)整，產(chǎn)品“大小頭”和“縮鼓腰”得到改善，尺寸偏差縮小50%以上。

3 結(jié)論

⑴料漿細(xì)度放小，流速適中，可改善粉料外觀形態(tài)，提高粉料流動(dòng)性能。

⑵噴霧壓力越小粉料的粗顆粒占比越多，粒度分布變得不均勻，粉料的球形度和光滑性變差。

⑶噴片孔徑越大，粉料中的粗顆粒占比越多，顆粒分布越分散，不夠集中和均勻，粉料球形度變差，質(zhì)量流出時(shí)間增大；孔徑過(guò)小，生產(chǎn)穩(wěn)定性變差且產(chǎn)能下降。

⑷噴槍槍距過(guò)小時(shí)，由于料漿過(guò)度交叉重疊產(chǎn)生互相粘結(jié)，干燥成粉后粉料球形度變差，表面變得毛糙，質(zhì)量流出時(shí)間變大。

⑸粉料出塔后，增加降溫裝置，降低粉料的出塔溫度和水分蒸發(fā)，可以提升粉料的成型性能。