我國衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)技術(shù)裝備進步與展望*

徐熙武

(中國建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會北京100831)

摘要詳細敘述了近年來衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的原料設(shè)備與工藝、成形設(shè)備與工藝、施釉設(shè)備與工藝、干燥設(shè)備與工藝及檢驗包裝與技術(shù)及裝備的發(fā)展趨勢，并對其未來發(fā)展方向進行了展望。

關(guān)鍵詞衛(wèi)生陶瓷技術(shù)裝備工藝設(shè)備

前言

20世紀八、九十年代，國外品牌企業(yè)以獨資或合資的方式開始進入我國衛(wèi)生陶瓷行業(yè)，先后有臺灣和成，美國美標、科勒，日本東陶、伊奈以及歐洲的樂家、杜拉維特等世界知名企業(yè)在我國設(shè)廠，從而帶動國內(nèi)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)工藝技術(shù)與裝備水平的提高，惠達、箭牌、九牧、恒潔、益高等國內(nèi)知名企業(yè)得到迅速發(fā)展。在高速發(fā)展了20多年后的今天，衛(wèi)生陶瓷行業(yè)不僅在產(chǎn)量上得到極大提高，而且在產(chǎn)品質(zhì)量以及管理能力上也提升極快，衛(wèi)生陶瓷機械裝備以及工藝技術(shù)也得到突破性發(fā)展。尤其自2005年以后，從原材料制備→成形→施釉→燒成→后期冷加工→檢選包裝等環(huán)節(jié)，都使用全新生產(chǎn)工藝，不僅消化吸收國外最新的技術(shù)設(shè)備，而且不斷自主創(chuàng)新，促使我國衛(wèi)生陶瓷機械裝備以及工藝技術(shù)跨入世界先進水平行列。拋開常規(guī)工藝使用的裝備，這里僅對近幾年來有所突破的工藝技術(shù)進行簡述。

1原料設(shè)備與工藝

1.1　泥漿恒溫系統(tǒng)與壓力罐封閉輸漿系統(tǒng)

在衛(wèi)生陶瓷的注漿工藝中，要得到品質(zhì)合格的產(chǎn)品，泥漿性能的穩(wěn)定性很重要，因此需要保證泥漿供給的穩(wěn)定，不能有氣泡、異物、泥渣等混入，將泥漿穩(wěn)定地輸送到成形車間，并將余漿順利回送原料車間，一直是生產(chǎn)部門研究的課題。經(jīng)過多次驗證，衛(wèi)生陶瓷行業(yè)開始使用多級泥漿池儲漿，利用冷熱水箱、不銹鋼調(diào)溫盤管、自動測溫控溫系統(tǒng)組成泥漿恒溫控制綜合工藝體系，實現(xiàn)泥漿溫度不管是冬季還是夏季，都能控制在±1 ℃之間。而壓力罐封閉輸漿系統(tǒng)通過壓力罐輸漿，主管道、支管路以及微壓注漿管路的定期沖刷清洗，以及氣動泵即時回漿的綜合技術(shù)，能夠解決泥漿從原料車間到成形車間常年無污染供漿的問題，可以對成百條成形線提供性能穩(wěn)定的泥漿，為高品質(zhì)衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

1.2　FFC泥漿制備工藝

FFC泥漿是預(yù)燒低收縮高強泥漿的簡稱，適用于高保型洗面器或大型洗面器的生產(chǎn)，自2005年開始在我國出現(xiàn)，這種泥漿在配方中使用大量的煅燒莫來石或煅燒粘土以及特殊處理過的球土，其他的硬質(zhì)料也先經(jīng)過粉碎處理成一定顆粒度的半成品，按配方比率分別投入泥漿池內(nèi)，不用球磨，直接使用高速離心式攪拌處理后，陳腐，儲存待用。這種泥漿注漿成形的坯體同樣經(jīng)過1 200 ℃燒成，吸水率較高，屬于陶質(zhì)，但抗折強度可以到達接近瓷質(zhì)坯體的程度，該產(chǎn)品最大的特點就是能夠保持器型的平直度，特別適合于直線型產(chǎn)品的設(shè)計特點，可以滿足消費者追求高品質(zhì)生活的需求，目前僅有部分品牌廠家在生產(chǎn)，在國內(nèi)市場還屬于小品種產(chǎn)品，而在國外已流行多年。

2成形設(shè)備與工藝

2.1　高壓成形技術(shù)及裝備

衛(wèi)生陶瓷行業(yè)是勞動密集型行業(yè)，尤其是成形工序，不僅工人勞動強度大，手工操作環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)效率低，同時還要求作業(yè)人員有相當(dāng)熟練的技術(shù)。為爭奪人力資源，企業(yè)不斷加大用工成本，勞務(wù)費用已占生產(chǎn)成本近40%，而且還有上升的趨勢，因而擺脫作坊式生產(chǎn)的高效、無粉塵、作業(yè)環(huán)境舒適、勞動強度低、用工要求低的高壓成形技術(shù)開始引起行業(yè)的重視。與此同時，降低能耗、綠色生產(chǎn)的環(huán)境要求及企業(yè)品牌競爭的市場要求，也為該技術(shù)的應(yīng)用提供了時代背景。

在我國高壓成形技術(shù)雖已引進30多年，但許多引進的高壓注漿設(shè)備，始終沒有得到長期穩(wěn)定地使用，其原因是高壓成形技術(shù)必須在設(shè)備研制技術(shù)、模型研制技術(shù)、泥漿技術(shù)、操作方法、現(xiàn)場管理5個方面同時達到一定水平的基礎(chǔ)上才能成功應(yīng)用。這幾個方面相輔相成，若一方面的條件不具備，高壓成形技術(shù)應(yīng)用成功的可能性都不大，這也是衛(wèi)生陶瓷行業(yè)的經(jīng)驗教訓(xùn)。

高壓成形設(shè)備可分為洗面器、水箱、分體坐便器、連體坐便器幾種。目前國內(nèi)高壓成形技術(shù)在洗面器、水箱、分體坐便器的高壓注漿生產(chǎn)上成熟應(yīng)用，但量產(chǎn)化全包連體虹吸式連體坐便器的高壓成形設(shè)備還在研制或試生產(chǎn)中。全包連體虹吸式連體坐便器的高壓設(shè)備在全世界都是一個難題，歐洲的高壓成形設(shè)備可以做沖落式便器，而日本的全包連體虹吸式連體坐便器的高壓設(shè)備比較成熟。針對全包連體虹吸式連體坐便器的高壓設(shè)備，國內(nèi)近年來加大了研發(fā)力度，借鑒國外成功經(jīng)驗，在成功量產(chǎn)的露管道分體坐便器的基礎(chǔ)上，已研制出適合國內(nèi)全包連體虹吸式連體坐便器等主流產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)備，可以完成從制作、程序設(shè)計、安裝、維護到試生產(chǎn)的一系列服務(wù)。目前，北京森蘭特科技有限公司在九牧集團的首套自動化整線裝備已進入調(diào)試階段，惠達也在獨立研發(fā)該項技術(shù)。

在過去的高壓注漿設(shè)備引進中，模型制造技術(shù)未得到充分重視，我們還未掌握樹脂原料技術(shù)以及型內(nèi)通氣路、排水路的微細管分布技術(shù)，雖直接購進了樹脂使用模型，但不能自己生產(chǎn)，受制于人。生產(chǎn)企業(yè)一定要掌握模型制造技術(shù)，根據(jù)高壓設(shè)備的動作特點，突破傳統(tǒng)成形作業(yè)的分模技術(shù)，利用排水連接件及圈體粘接技術(shù)，將復(fù)雜的全包連體虹吸式連體坐便器模型簡單化，可以成功應(yīng)用到高壓成形設(shè)備上。

高壓泥漿成形技術(shù)與傳統(tǒng)泥漿相比，快一倍以上的吃漿速度、快速挺型、低觸變性、盡可能高的可塑性，是配合24 h連續(xù)注漿的高壓成形的泥漿技術(shù)的一個要求；另一個要求是泥漿的細顆粒不能阻塞樹脂模的吸漿通路。經(jīng)過這幾年的生產(chǎn)實踐，一些技術(shù)人員已經(jīng)掌握了這項技術(shù)，利用國內(nèi)的原料就能生產(chǎn)出合格的泥漿。

高壓成形操作作業(yè)包括：操作設(shè)備、維護設(shè)備、維護樹脂模、質(zhì)量對策等。有的設(shè)備比較復(fù)雜，要注意操作人員和設(shè)備安全。作業(yè)是以小組的形式進行，要做到分工協(xié)作，做好交接班。與突出個人技術(shù)的傳統(tǒng)作業(yè)方式對比，高壓成形技術(shù)擺脫了對作業(yè)技能的過分依賴的束縛，突出了知識化、標準化、協(xié)作化，需要有管理團隊意識，需要有掌握設(shè)備操作技術(shù)、維護技術(shù)、調(diào)試技術(shù)、軟件設(shè)計技術(shù)的人才。高壓成形技術(shù)必須使用以計時為基礎(chǔ)的工作制度，這對衛(wèi)生陶瓷行業(yè)傳統(tǒng)的計件工作制是個顛覆。

高壓成形技術(shù)已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段，行業(yè)的環(huán)保要求與職業(yè)健康要求越來越嚴格，未來的發(fā)展空間巨大，但基于上述幾項較為綜合的原因，以及成本、人才的限制，業(yè)內(nèi)很多廠家還沒有做好應(yīng)用高壓成形技術(shù)的準備，還需要一段實踐與沉淀的時間，高壓成形技術(shù)才會在衛(wèi)生陶瓷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

2.2　結(jié)合新型低壓快排水工藝的半自動注漿裝備及技術(shù)

低壓快排水成形技術(shù)嚴格地講有傳統(tǒng)型與現(xiàn)代改進型兩種。歐美國家曾經(jīng)應(yīng)用的初級低壓排水成形技術(shù)屬于傳統(tǒng)型，模型技術(shù)粗糙，只能略微地在注漿遍數(shù)和模型烘干上有一定的進步，但不能達到24 h連續(xù)注漿的目的；而在近年研究成功的新型低壓快排水工藝技術(shù)，也就出現(xiàn)現(xiàn)代改進型，其借鑒高壓成形工藝的模型技術(shù)，研究出模型材料的升級換代、內(nèi)部微孔優(yōu)化等技術(shù)，研究出型內(nèi)通氣路、排水路的微細管分布技術(shù)，并采用毫米級的精度，同時通過改進環(huán)境條件、嚴格控制衛(wèi)生陶瓷泥漿工藝、合理剖析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、使用機械成形設(shè)備等綜合技術(shù)，一改國內(nèi)低端手工作業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，達到高效生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷的目標。

低壓快排水工藝的含義是利用石膏載體，在石膏內(nèi)部增加空氣管路，能夠?qū)⑹喑詽{的水分使用壓縮空氣快速排出，使低壓快排水石膏模具能夠進行連續(xù)注漿作業(yè)，而不采用傳統(tǒng)的夜間烘模間歇式生產(chǎn)方式。同時，注漿使用的壓力與高壓成形相比不需要很高，這種技術(shù)與業(yè)內(nèi)更早一些時候開始使用的自動化程度較高的成形設(shè)備，如將日本東陶的機械成形設(shè)備、意大利自動脫模立式澆注線、日本JANIS的線下脫模技術(shù)結(jié)合在一起，開發(fā)出的新型低壓快排水工藝的半自動注漿裝備及技術(shù)是非常適宜我國衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的：一是可以提高生產(chǎn)效率。普通石膏模型一般情況下可以注漿1~2次，而低壓快排水模型由于增加了脫水的機能，可以24 h連續(xù)生產(chǎn)，注漿數(shù)達到7~9次/d。二是節(jié)約場地。多次數(shù)的生產(chǎn)，可使成形機相對集中，場地的利用率提高，同樣的場地可提高產(chǎn)量兩倍以上。三是節(jié)約材料。模型使用次數(shù)由傳統(tǒng)的 90次左右可以提高到130次以上，在降低成本的同時也減少了廢石膏等固體廢棄物。四是能夠改善環(huán)境及降低能耗。連續(xù)注漿的模型不需要干燥，既可大量減少能源的消耗，同時又解決了傳統(tǒng)衛(wèi)生陶瓷企業(yè)成形車間高溫、高粉塵的難題，為工人創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境。該項技術(shù)已有應(yīng)用，九牧集團的新生產(chǎn)線就在衛(wèi)生陶瓷成形車間使用了溴化鋰集中空調(diào)系統(tǒng)，在國內(nèi)屬與首創(chuàng)。五是改變了傳統(tǒng)手工作業(yè)的方式。利用機械裝備，降低工人勞動強度，減少衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)對熟練成形工人的依賴性，便于培養(yǎng)新一代衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)業(yè)工人隊伍。

相比較高壓成形技術(shù)，這項結(jié)合新型低壓快排水工藝的半自動注漿裝備及技術(shù)適合在現(xiàn)有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上加以改造，可以根據(jù)各工廠的實際情況制定不同的技術(shù)方案，這樣更能適應(yīng)于我國衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。

3施釉設(shè)備與工藝

衛(wèi)生陶瓷施釉基本采用是噴釉工藝，產(chǎn)品質(zhì)量很大程度依賴于施釉工人的手法技巧，穩(wěn)定性較差，工人的作業(yè)強度大，同時，人工噴釉帶來的粉塵對工人身體的傷害比較嚴重，針對這些問題，近年來有些新的設(shè)備應(yīng)運而生，如機器人施釉。

3.1　機器人施釉

機器人施釉是20世紀90年代從國外引進的新工藝。國內(nèi)許多工廠都已成功應(yīng)用，這是施釉工藝的一大改革。其優(yōu)點是以機器人代替人工，當(dāng)噴釉程序正確設(shè)定后，施釉后釉面厚薄均勻，產(chǎn)品質(zhì)量高，同時大大降低了工人的勞動強度，改善了工人的勞動條件。機器人施釉工藝對釉漿的性能要求也比較高，除了控制釉漿溫度、流動性、觸變性外，控制釉漿的屈服值也是十分必要的。

機器人施釉屬于自動施釉，其全套設(shè)備主要包括施釉機器人、坯體傳輸聯(lián)動線、可控制轉(zhuǎn)動角度的承坯臺、噴槍及其控制系統(tǒng)等，目前國內(nèi)制造的機器人穩(wěn)定性不夠，業(yè)內(nèi)使用較少，少數(shù)幾個品牌企業(yè)使用的施釉機器人基本都是德國或日本進口的，雖然性能穩(wěn)定，但由于成本及維護保養(yǎng)的問題、釉漿調(diào)配水平不穩(wěn)定的問題以及搬運輔助工、自潔二次人工施釉(由于國內(nèi)的馬桶等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般機器人很難完全施釉到位，需要輔助施釉的環(huán)節(jié))等操作流程上的問題，機器人施釉的效率相對于人工來說，提高不多，所以在業(yè)內(nèi)的應(yīng)用還不是很廣泛。

3.2　循環(huán)施釉線

鑒于機器人施釉的技術(shù)管理、成本、效率等問題的限制，目前國內(nèi)比較能被衛(wèi)生陶瓷廠家接受的施釉設(shè)備是循環(huán)施釉線。

衛(wèi)生陶瓷施釉作業(yè)通常是施3遍釉，在施第2、3遍釉時需要等到上一遍釉層略干附著到坯體上才能進行，時間效率較低，近來應(yīng)用較多的循環(huán)施釉線可以解決這個問題，利用輸送線上分工施釉的多工位布置，每位工人只從事某一遍的單獨施釉，每遍之間的晾干時間正好是產(chǎn)品在輸送線上移動到下一工位的時間，這樣，作業(yè)上沒有待工的閑置時間。在時間效率提升的同時，只進行單獨一遍施釉的作業(yè)也降低了對工人技巧的要求，這種采用了分工協(xié)作的循環(huán)施釉線在效率上比機器人施釉的效率還要高，而投入的成本是一般廠家都能接受的，若在回收釉漿的處理工藝上加以改進，可以得到更廣泛的應(yīng)用。

目前，業(yè)內(nèi)正在研究的純機械施釉線、機器人循環(huán)施釉線等的改進施釉工藝還存在不成熟的地方，相信未來會有更進一步的突破。

4干燥與燒成設(shè)備

4.1　快速干燥器

衛(wèi)生陶瓷快速干燥技術(shù)通過間歇式強制給風(fēng)旋風(fēng)筒裝置以及自動控制設(shè)備及技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了升溫恒濕、恒溫恒濕、升溫降濕3個階段的工藝控制，增大了氣體流速和傳熱面積，減薄產(chǎn)品邊界層厚度，加快了熱傳導(dǎo)和熱擴散速度，大大縮短了坯體的干燥周期。由于快速干燥系統(tǒng)采用窯爐余熱提供熱能，即每個干燥室干燥所用的熱空氣都是由窯爐余熱管道熱進行交換后送入室內(nèi)加以循環(huán)，因此熱量得到充分的利用，大幅降低了能耗。各個循環(huán)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)均采用變頻控制，既保證了工藝要求，又節(jié)約了運行成本，使全包連體虹吸式坐便器的干燥時間由8 d縮短到3 d，既為連續(xù)生產(chǎn)提供了保障，還節(jié)省了占地面積。據(jù)了解，一條年產(chǎn)100萬件衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)線能節(jié)約干燥面積約8 000 m2，極大地提高了土地及建筑面積的產(chǎn)出效果。

目前，這種使用間歇式強制給風(fēng)裝置自動控制的快速干燥器技術(shù)已經(jīng)成熟，成為業(yè)內(nèi)新建或改擴建生產(chǎn)線的標準配置。

目前使用吊籃自動輸送技術(shù)的工廠也逐漸增多，利用吊籃在配合分段自動控制的隧道式干燥技術(shù)，或借用傳統(tǒng)工藝廠房的上部空間，將綜合利用成形、燒成車間的熱量，也是將來干燥工藝的創(chuàng)新方式。它除了具備連續(xù)化生產(chǎn)的特點，還具有充分利用空間和把成形、上釉、裝窯工序、樓上樓下聯(lián)系起來的優(yōu)點。

4.2　窯爐節(jié)能技術(shù)

國內(nèi)衛(wèi)生陶瓷窯爐的能耗，以及燒制產(chǎn)品的質(zhì)量，在逐漸與國際最先進的窯爐縮小差距。近年來，窯爐技術(shù)的進步體現(xiàn)在耐火材料與燃燒系統(tǒng)、自動控制技術(shù)的進步上，大量輕質(zhì)的耐火材料和陶瓷棉、陶瓷纖維等低密度耐火材料，在燃燒系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用方面，具有自主創(chuàng)新的燃燒器可以提供更充分的燃燒，提高了整個傳熱效率，燃燒器和制品直接快速的傳熱也極大地帶動了企業(yè)的發(fā)展，降低了能耗，特別是高強度輕質(zhì)保溫磚的問世，大大提高了窯墻的保溫性能，顯著地降低了產(chǎn)品的單位熱耗。堇青石-莫來石質(zhì)大規(guī)格棚板的試制成功，使國內(nèi)砌筑寬斷面隧道窯已成為可能。

目前國產(chǎn)的寬體隧道窯寬度已經(jīng)達到3.5 m，長度最長達140 m，單窯的產(chǎn)量是原來窯爐的2~3倍，而熱耗已能達到1 000 kcal/kg瓷以下。國產(chǎn)的隧道窯在節(jié)能方面具備一定的先進性。

隧道窯的進一步節(jié)能可以采取兩種方式：一是進一步加大窯爐的寬度；二是窯車的裝載由單層變?yōu)殡p層。雙層窯車在20世紀70~80年代國外曾經(jīng)使用過，后來因為裝窯不便而被淘汰。現(xiàn)在有了裝窯機械，雙層窯車有可能再次使用。目前某些地區(qū)已開始有2~3條輥道窯在使用，其能耗比隧道窯要低得多。輥道窯是否可以在衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中長期穩(wěn)定使用，還需要進一步的評價，如有可能，這項技術(shù)將是衛(wèi)生陶瓷燒成節(jié)能的一個方向。

5檢驗包裝線

衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品制作過程中最后一個環(huán)節(jié)就是包裝。由于陶瓷產(chǎn)品體積大，較笨重，容易磕碰，因此包裝環(huán)節(jié)是一個勞動強度比較高的工序，同時陶瓷產(chǎn)品在檢測過程中的放置面積也比較大，如果把它們放在自動輸送線上完成，在試水的時候用真空漏氣檢查機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬沖水實驗方法，就可以減少占地面積。目前行業(yè)在產(chǎn)品檢測方面比較先進的技術(shù)是將各檢驗工位通過輸送線連接成自動檢測線，把產(chǎn)品檢測、試沖水、包裝3個工序整合到自動的輸送線上完成，提高了勞動效率，降低了勞動強度和包裝的破損率。整線的檢驗包括外觀檢驗、漏氣檢查、漏水檢查、沖洗功能檢查、水件安裝、自動包裝等一系列功能，可以實時檢測產(chǎn)品是否漏氣、內(nèi)部管道是否破裂，提高檢測效率，減小漏驗率，提高衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的品質(zhì)管理水平。隨著行業(yè)內(nèi)廠家的品牌、品質(zhì)意識逐步加強，功能完備的檢驗包裝線將會得到越來越多應(yīng)用。

中圖分類號：TQ174

文獻標識碼：A

文章編號：1002-2872(2015)03-0014-04

*作者簡介：徐熙武(1969-)，本科，高級工程師；主要從事陶瓷協(xié)會的協(xié)調(diào)與管理工作。