翟新崗 李秀軍 袁 鵬 王維華 趙曉娜

(德州市樂華陶瓷潔具有限公司 山東 德州 253000)

?

衛(wèi)生陶瓷低溫?zé)晒に囇芯?

翟新崗 李秀軍 袁 鵬 王維華 趙曉娜

(德州市樂華陶瓷潔具有限公司 山東 德州 253000)

通過優(yōu)化坯料配方和選用合適的原料，在保證產(chǎn)品吸水率小于0.5%的前提下，成功地將衛(wèi)生陶瓷的燒成溫度由1 240 ℃降低到1 200 ℃左右；通過在釉料中引入鈉長石和超細(xì)硅酸鋯等原料，經(jīng)多次配方優(yōu)化調(diào)整，成功研發(fā)出燒成溫度在1 190～1 210 ℃衛(wèi)生陶瓷中溫釉。研究結(jié)果表明，衛(wèi)生陶瓷采用低溫?zé)晒に嚕a(chǎn)品的各項性能指標(biāo)均未下降，部分指標(biāo)還略有提高，窯爐能耗降低5%以上，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

衛(wèi)生陶瓷 低溫?zé)?節(jié)能

前言

近幾年來，隨著天然氣價格的逐步提高，衛(wèi)生陶瓷的燒成成本日益提高。與此同時，政府部門的環(huán)保監(jiān)管力度越來越嚴(yán)，陶瓷企業(yè)的環(huán)保壓力日漸增大。眾所周知，陶瓷工業(yè)是高能耗行業(yè)之一。為了保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率和增加企業(yè)效益，衛(wèi)生陶瓷行業(yè)采用低溫?zé)晒に囀潜匾?，也是發(fā)展的必然趨勢。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]所述，衛(wèi)生陶瓷燒成溫度在1 210 ℃以下的，都可稱為低溫?zé)?。?jīng)長時間試驗研究和反復(fù)試產(chǎn)驗證，本公司最終成功研制出了衛(wèi)生陶瓷低溫?zé)晒に嚕簾蓽囟葟? 240 ℃降低到1 200 ℃左右，產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)與降溫前一致，個別指標(biāo)還有所提升；釉面質(zhì)量和耐污性均得到明顯改善；窯爐能耗降低5%。本公司和國內(nèi)其他潔具產(chǎn)區(qū)的實踐說明，衛(wèi)生陶瓷低溫?zé)晒に囀强尚械模a(chǎn)品質(zhì)量是有保證的。

現(xiàn)將研發(fā)過程敘述如下，供業(yè)內(nèi)同行參考，共同促進(jìn)衛(wèi)生陶瓷行業(yè)節(jié)能降耗工作。限于作者水平有限，不當(dāng)之處，敬請專家學(xué)者批評指正。

1 實驗

1.1 低溫?zé)傻拈_發(fā)目標(biāo)

立足于本公司現(xiàn)有的大部分原料和窯爐基本條件，低溫?zé)晒に囈_(dá)到的預(yù)期目標(biāo)是：產(chǎn)品的燒成溫度(指使用進(jìn)口測溫環(huán)測量的溫度，下同)從1 240 ℃降低到1 200 ℃以下；產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)，比如吸水率、收縮率、耐荷重性、熱穩(wěn)定性、瓷坯抗折強(qiáng)度、變形度、釉面白度和光澤度、釉面耐磨性等，均不能下降；原料成本不能增加。

1.2 實驗思路

1.2.1 坯料配方調(diào)整

衛(wèi)生陶瓷要實現(xiàn)低溫?zé)?，必須同步實現(xiàn)坯和釉的低溫?zé)?。其中，合理的坯料配方是低溫?zé)晒に嚦晒Φ年P(guān)鍵。衛(wèi)生陶瓷的大部分理化指標(biāo)以及泥漿的成形性能等都取決于坯料配方。

坯料配方調(diào)整的方向為：減少原配方中葉臘石和瓷石用量，適量增加鉀長石用量，并選用高性價比的鉀長石(見表1)，從而提高泥漿中鉀含量；為保證產(chǎn)品強(qiáng)度，略微增加了鋁含量約0.5%。配方調(diào)整后希望達(dá)到的目標(biāo)是：通過增加配方中鉀鈉含量來降低坯體燒成溫度；保證較高的鉀含量可使燒成易于控制，減少產(chǎn)品變形；保持較高的含鋁量可以使瓷坯中莫來石晶相含量增加并發(fā)育完全，從而提高瓷坯的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等物理指標(biāo)。

表1 鉀長石化學(xué)成分(質(zhì)量%)

在試驗過程中也嘗試引入燒滑石、硅灰石等含鈣、鎂的原料，但原料成本相對增加較大。因為通過提高坯料中鉀含量已能實現(xiàn)低溫?zé)桑a(chǎn)品吸水率等指標(biāo)均達(dá)標(biāo)，因此坯體配方中沒有再額外引入富含鈣鎂的原料。調(diào)整后坯體配方成本并沒有增加，與調(diào)整前基本持平。坯體配方調(diào)整前后化學(xué)成分對比見表2。

表2 調(diào)整前后的坯體配方化學(xué)成分對比(質(zhì)量%)

1.2.2 釉料配方調(diào)整

如前所述，坯料配方調(diào)整比較順利，本項目的難點在于低溫釉料配方調(diào)整。既要保證低溫?zé)珊蟮挠悦姘锥群凸鉂啥?，還要保證釉面耐磨性和耐污性，以及熱穩(wěn)定性，難度相對較大。本研究沒有采取一步到位，而是分階段研制了3種釉料配方，配合窯爐分階段逐步降溫，分3次把溫度降低到1 200 ℃，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)品品質(zhì)。

釉料配方調(diào)整要達(dá)成的目標(biāo)是：適當(dāng)增加助熔劑含量，引入反應(yīng)活性高的原料，以降低釉熔體的高溫粘度，提高釉面光澤度，可獲得光亮平滑的釉面質(zhì)量；同時要保證釉面的耐磨性、白度、高溫流動性、抗裂性、耐污性等理化指標(biāo)均符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

釉料配方調(diào)整的思路是：通過引入超細(xì)硅酸鋯，在保證釉面白度不變的前提下，釉料中硅酸鋯加入量可減少30%以上，釉料高溫粘度降低；加大滑石和氧化鋅用量，降低釉料熔融溫度，提高釉面亮度和細(xì)膩度；增加石英粉用量，保證釉面強(qiáng)度和耐污性；控制釉料中氧化鈣含量，減少釉面析晶。調(diào)整后釉料配方成本略有降低，因為硅酸鋯加入量有顯著減少。釉料所用原料的化學(xué)組成見表3。

表3 釉用原料的化學(xué)組成(質(zhì)量%)

1.3 研發(fā)工藝路線

漿料試驗路線：50 kg小試——200 kg小試——500 kg中試——5 t中試——35 t大試。

釉料試驗路線：200 g小試——5 kg小試——50 kg中試——500 kg中試——3 t大試。

不管是坯料和釉料，為保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，確保不出現(xiàn)重大質(zhì)量事故和批量缺陷，均需反復(fù)進(jìn)行多次中試。中試確認(rèn)無問題后，又間隔不同時間分別進(jìn)行了3次大試，前后時間達(dá)半年之久。最后試驗結(jié)果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，遂正式投入大生產(chǎn)。

1.4 工藝過程

1.4.1 泥漿加工工藝要點

泥漿所用原料為：鉀長石、瓷石、山西粘土、河南粘土、永春瓷土、福建高嶺土、廣東黑泥、高鋁砂、紫木節(jié)、河北瓷土等。所用電解質(zhì)為水玻璃、純堿和高效減水劑。由于本公司所處位置水質(zhì)較差，電解質(zhì)總加入量偏高，在0.80%以上。

根據(jù)坯料配方準(zhǔn)確稱量，采用自動稱量喂料機(jī)進(jìn)行配料。硬質(zhì)料和軟質(zhì)料采用兩次加料球磨技術(shù)。料∶球∶水=1∶2∶0.35 ，出球泥漿控制250目篩余小于1.5%，然后過篩除鐵4次。

1.4.2 釉漿加工工藝要點

根據(jù)釉料配方嚴(yán)格稱量裝入球磨機(jī)，料∶球∶水=1∶2∶0.5，研磨約16 h后檢測細(xì)度和粒度分布。要求325目篩余<0.2%，沉降值≥80%方可放釉。放釉后連續(xù)過3次150目篩，采用自動濕式磁選機(jī)除鐵。按工藝控制標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整好參數(shù)后，打入儲釉罐備用。

1.4.3 成形

成形采用石膏模微壓注漿成形，吸漿時間90～120 min，吸漿90 min后單面漿厚度達(dá)8.5 mm。生產(chǎn)泥漿容重控制在1.745～1.765 g/ml，泥漿流速(涂-4粘度計測)控制在60～70 s，細(xì)度為250目篩余<1.5%，泥漿溫度為28～32 ℃。

1.4.4 施釉

施釉使用人工壓力噴釉，循環(huán)線連續(xù)噴釉3次。噴釉壓力為0.50～0.65 MPa，釉漿水分為30%～32%，釉漿容重為1.710～1.730 g/ml，釉漿流速(涂-4粘度計測)為120～150 s，釉層厚度為0.8～1.0 mm。

1.4.5 燒成制度

本公司燒成采用的是寬截面148 m長自動控制隧道窯，燃料為天然氣，燒成周期為16～18 h，高溫保溫時間為50～70 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 測試方法

用篩分法測定篩余；用激光粒度分析儀測定粒度分布；用試條法測定干燥收縮、燒成收縮、燒成彎曲；采用數(shù)顯抗折儀測量干坯和瓷坯抗折強(qiáng)度；采用煮沸法檢測產(chǎn)品吸水率；用水冷法檢測熱穩(wěn)定性；用白度計測定釉面白度；用色差儀測定釉面色度；用光澤度儀測定釉面光澤度；用油性筆法測定釉面耐污性；用石膏模吸附法測定吸漿厚度和拉裂時間。按國標(biāo)《GB/T 3810.7-2006 陶瓷磚試驗方法 第7部分:有釉磚表面耐磨性的測定》測試耐磨性；按國標(biāo)《GB 6952-2005衛(wèi)生陶瓷》測試荷重性。

2.2 測試結(jié)果

表4 坯釉料性能測試結(jié)果

2.3 結(jié)果分析

從上述對比結(jié)果可以看出：采用低溫?zé)晒に嚭螅a(chǎn)品收縮率、吸水率、燒失量、變形度等指標(biāo)均保持穩(wěn)定；干坯強(qiáng)度和瓷坯強(qiáng)度略有提高；瓷坯和產(chǎn)品熱穩(wěn)定性沒有降低；釉面白度平均提高2度；產(chǎn)品耐污性顯著提高；釉面整體質(zhì)感提升一個檔次；釉面耐磨性保持調(diào)整前水平；產(chǎn)品耐荷重性滿足國標(biāo)要求。

通過連續(xù)4個月的實際窯爐能耗數(shù)據(jù)計算，采用低溫?zé)晒に嚭?，出窯噸瓷天然氣消耗量比之前降低5%～8%，節(jié)能效果明顯。

3 結(jié)語

事實證明，衛(wèi)生陶瓷采用低溫?zé)晒に?，并未降低產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品檔次。只要調(diào)配好坯釉料配方，同時配合以合適的燒成制度，通過低溫?zé)商嵘a(chǎn)品質(zhì)量是完全可行的。衛(wèi)生陶瓷采用低溫?zé)晒に?，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 余同昌.衛(wèi)生陶瓷的低溫快速燒成.佛山陶瓷,2003(6):32～33

2 李秀軍,翟新崗,袁鵬,等.超細(xì)硅酸鋯在衛(wèi)生陶瓷乳白釉中的應(yīng)用.佛山陶瓷.2015(3):15～17

翟新崗(1978-)，本科，工程師；主要從事色釉料方面研究生產(chǎn)工作。*

TQ174.76+9

A

1002-2872(2016)10-0041-04