羅志勇 劉有銀 毛星華 黃旺明 邱道昌

摘 要：陶瓷大板集成制造關鍵技術是解決高性能粉料制備，高平整度低變形量煅燒，高平整度低切削量冷加工的工藝，研制出拋光磚類、拋釉磚類、仿古磚類等三大系列的“高韌性陶瓷大板”。關鍵進行了三個方面的創(chuàng)新攻關：第一是配方優(yōu)化及高性能粉料制備技術，研制高鋁、高鉀、低鈣鎂、低收縮、低燒失量的配方體系，同時重點對噴霧塔漿料霧化裝置和工藝方法進行改進，從而獲得良好流動性和較高自然堆積密度的粉料；第二是磚坯高平整度低變形量煅燒技術，采用雙層反輻射窯體保溫結構技術，低溫差高效燃燒系統(tǒng)技術，高水平狀態(tài)傳動系統(tǒng)技改，有效提高窯內輻射，提高燃燒效率，實現(xiàn)窯內低溫差以及窯內傳動的高度平穩(wěn)性效果，實現(xiàn)“節(jié)材、節(jié)能”的低碳目標；第三是磚坯高平整度低切削量拋光技術，采用壓輪防彈性變形傳送結構，剛性與柔性磨塊混合搭配相結合的方法，實現(xiàn)了防彈性變形的磚面平整度、低切削量的控制達到固廢減排，從而使冷加工效果從量變到質變的整體提升。

關鍵詞：高韌性陶瓷大板；高性能粉料；雙層反輻射窯體保溫；壓輪防彈性變形傳送；固廢減排；國家發(fā)明專利

1 前言

在2000年德國慕尼黑的國際陶瓷工業(yè)展上，一款3 mm厚度、2400 × 1200 mm的干壓成型陶瓷薄板問世，震驚了世界陶瓷，但當時意大利設備供應商明確表示，該項目要對中國進行技術封鎖。陶瓷薄板問世與同類產品相比，單位面積建筑陶瓷材料用量降低一倍以上，節(jié)約60%以上的原料資源，降低綜合能耗50%以上，無論從原材料使用量、到生產過程中的能源消耗，都很好地實現(xiàn)“節(jié)材、節(jié)能”的低碳目標。對于產品使用者而言，薄形化、輕量化大規(guī)格板材，既節(jié)約了物流運輸成本，減輕建筑物的荷載，更是直接降低了物流、建筑施工的碳排放。因此，陶瓷大板（陶瓷薄板）也就成為了近年陶瓷行業(yè)發(fā)展的重要追逐對象。隨后，許多陶瓷生產企業(yè)也一直不斷在進行干壓成型陶瓷薄板技術攻關。在2008年，廣東某陶瓷有限公司與廣東科達機電股份有限公司合作，成功投產國內首條1600 × 900 mm的干壓成型大規(guī)格陶瓷薄板生產線，稱為真正意義上的國內陶瓷薄板，2016年又再推出2400 × 1200 mm的陶瓷薄板。

在國內陶瓷行業(yè)中，一般厚度在6 mm以下的產品習慣稱為陶瓷薄板（國家標準GB/T23266-2009定義中規(guī)定薄板厚度不大于6 mm），厚度超過6 mm的產品習慣稱為大板，其實兩種產品的生產技術和產品應用都有共同之處，只是厚薄差異而已。

至2016年為止，全國陶瓷磚行業(yè)總產能約130億m2/年，而陶瓷大板（包括薄板）產能不足5000萬m2/年，占總產能比例不足0.4%的份額，仍很難滿足市場需求，特別是大型公共建筑物的需要，例如機場、高鐵站、隧道、賓館大堂等。另一方面，當前行業(yè)最大規(guī)格的陶瓷大板（陶瓷薄板）為2400 × 1200 mm，3200 × 1600 mm等更大規(guī)格的陶瓷大板成為了市場的期待。

陶瓷大板集成制造關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化項目通過引進先進無框頂壓式壓機，配套相應國產設備，研發(fā)了適合陶瓷大板（3200 × 1600 mm）穩(wěn)定生產的工藝技術和生產線裝備。技術的核心關鍵是解決高性能粉料制備的工藝技術和冷加工彈性變形的關鍵技術難點，利用該技術成功地生產出3200 × 1600 mm超大規(guī)格“高韌性陶瓷大板”，有力地推動了生產線智能化、信息化水平，改善了陶瓷企業(yè)生產現(xiàn)場環(huán)境，實現(xiàn)了節(jié)能減排，帶動了行業(yè)技術進步，實現(xiàn)了良好的社會效益和經濟效益。同時將行業(yè)的產品規(guī)格再上了一個新高度，突破了目前行業(yè)的局限，為市場提供了新的建筑材料，推動了陶瓷磚裝飾和應用新思路。

2 主要技術創(chuàng)新點

在陶瓷大板集成制造及產業(yè)化的研發(fā)工作過程中，關鍵進行了三個方面的技術攻關。第一是配方優(yōu)化及高性能粉料制備技術，第二是磚坯高平整度低變形量煅燒技術，第三是磚坯高平整度低切削量拋光技術。

2.1 配方優(yōu)化及高性能粉料制備技術

陶瓷大板的配方體系設計，首要是滿足產品應用過程中強度高、韌性好的要求；其次是滿足煅燒過程中，坯體低收縮量、溫度范圍寬、抗急冷開裂性能高的要求；第三是要滿足成型干燥過程中，生坯強度高、干燥疏水快的要求。

通過對原料的選擇與配方的優(yōu)化試驗，技術人員研發(fā)出專門適合陶瓷大板的配方體系，與普通陶瓷磚比較，其最大的特點是高鋁、高鉀、低鈣鎂，低燒失量。為了更好地控制燒成收縮，使用了部份煅燒高嶺土（5 ～ 8%）代替廣東黑泥，采用羥甲基纖維素鈉作為坯體增強劑，避免了黑泥減少造成的生坯強度降低的不足，更好地滿足了產品性能和生產過程的工藝要求。

配方優(yōu)化是高性能粉料制備的基礎，為了更好地滿足大面積沖壓成型的特殊要求，對坯料的性能提出了更高的要求，主要包括對流動性、堆積密度、顆粒硬度、生坯強度等。

良好的流動性是高性能粉料的首要標志，良好流動性粉料是滿足大面積均勻布料的重要前提，是沖壓成型布料瞬間均勻的重要指標，是大板磚坯壓制后密度均勻的重要保障。

高性能粉料的制備關鍵技術，除了配方是重要基礎外，主要是對噴霧造粒工藝方法進行創(chuàng)新。為了獲得良好流動性和較高自然堆積密度的粉料，本項目重點對噴霧塔漿料霧化裝置和工藝方法進行改進，創(chuàng)新性地自主設計、研發(fā)出能夠獲得泥漿霧化高速旋流效果的一種結構裝置。

在現(xiàn)有噴霧塔泥漿霧化頭的基礎上，通過對霧化頭結構的設計改進，自主研發(fā)、加工出一種雙旋流槽旋片（普通旋片為單旋流槽），加大了旋流片的厚度（旋片厚度15 ～ 20 mm，普通旋片為8 ～ 10 mm），降低旋流切角，然后采用高壓霧化，提高泥漿濃度，實現(xiàn)高速旋流霧化效果，從而改善了粉料顆粒形狀和級配，提高了粉料自然堆積密度。

2.2 磚坯高平整度低變形量煅燒技術

對于陶瓷大板生產，燒成工序也是一個很重要的環(huán)節(jié)。如何獲得高平整度的磚面，以及周邊低變形量（窄腰、大小頭等）效果，是對燒成技術的核心要求。窯爐關鍵是實現(xiàn)低溫差，以及傳動的高度平穩(wěn)性、輥棒面良好水平狀態(tài)。

本項目在窯爐方面的創(chuàng)新，主要集中在窯體保溫、燒嘴結構、升溫制度、輥棒選擇與配置等方面。公司研發(fā)團隊在總結和分析行業(yè)輥道窯結構和大量數(shù)據(jù)后，提出了對窯爐結構的設計思路，并得到了窯爐裝備供應企業(yè)的肯定和配合，將公司團隊提出的創(chuàng)新點（設計方案）應用于窯爐結構制造之中。

2.3 磚坯高平整度低切削量拋光技術

對于陶瓷大板生產，冷加工（磨邊拋光）工序也是一個很重要的環(huán)節(jié)，特別是拋光環(huán)節(jié)，在獲得良好平整度的前提下，盡可能減少拋光切削量，是本項目的另一個技術研究重點。本項目在拋光處理方面的創(chuàng)新，主要集中在磚坯防反彈變形傳送、拋光磨塊選擇與配置等方面。

該技術采用“壓輪防彈性變形傳送結構”和“剛性與柔性磨塊搭配方案”。

（1）“壓輪防彈性變形傳送結構”的創(chuàng)新應用技術是在原有傳輸方式基礎上，通過在兩個磨頭的間隙安裝了一個橫向的壓輪（軸），壓輪通過皮帶（磚面）轉動，壓輪表面襯有高韌性橡膠套層，對磚坯縱向、橫向均起到良好的防彈保護作用。

（2）在目前行業(yè)中，針對不同的產品加工需求，陶瓷磚拋光加工技術總體分兩大類。第一類是針對拋光磚（無釉）的傳統(tǒng)拋光加工，俗稱“剛性拋光”、“硬性拋光”，切削量大（一般切削深度為1.0 ～ 2.0 mm），對磚面有矯平作用；第二類是針對釉面磚的拋光加工工藝，行業(yè)俗稱“柔性拋光”，切削量很少（一般切削深度在0.3 mm以內），對磚面沒有矯平作用。

“剛性磨塊與柔性磨塊混合搭配使用方案”，是采用在拋光機上，將“剛性磨塊”與“柔性磨塊”混合搭配使用，前段以“剛性磨塊”為主，后段以“柔性磨塊”為主，目的是在保證磚面平整度的前提下，有效地控制磚面的切削量。

3 產品特點

“陶瓷大板集成制造關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化”的研發(fā)成功，為新產品的研發(fā)提供了重要的技術支持，本項目技術已通過科技成果鑒定，并已申報國家發(fā)明專利及實用新型專利各6項，技術水平達到國際先進水平。利用本項目的技術成功生產出3200 × 1600 mm、2400 × 1200 mm、1600 × 900 mm等包括拋光磚類、拋釉磚類、仿古磚類三大系列的多種超大規(guī)格陶瓷大板，將行業(yè)的產品規(guī)格再推上了一個新高度，突破了目前行業(yè)的局限，為市場提供了新的建筑材料，推動了陶瓷磚裝飾和應用新思路。

“陶瓷大板磚”與目前行業(yè)產品比較，著重在三個方面取得了突破。一是使陶瓷大板磚獲得了拋光磚一樣的光潔亮麗，與同類產品（傳統(tǒng)拋光磚、拋釉磚、仿古磚）比較，產品物理、化學性能有明顯的提高，有高強度高韌性的產品性能；二是陶瓷大板磚產品應用領域更加多元化；三是在獲得拋光磚裝飾效果的同時，與傳統(tǒng)拋光磚比較，較好地實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

3.1 高強度高韌性的產品性能

由于陶瓷大板規(guī)格大，對產品的物理性能要求更高。運用“陶瓷大板集成制造關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化”，生產出的“高韌性陶瓷大板”，強度高、韌性好。斷裂模數(shù)達到52 Mpa，遠遠大于GB/T4100-2015、GB/T23266-2009規(guī)定的標準值。

3.2 產品應用領域更加多元化

陶瓷大板的誕生（包括普通厚度和薄板），為市場提供了更多元化的應用。為建筑裝飾業(yè)領域提供了更新、更豐富的建筑材料，有力地推動了建筑裝飾施工方法改良。

產品可以整體應用，也可以切割應用；可以用于建筑裝飾，也可以用于家具、家電的裝飾面板應用（例如背景墻、桌面、茶幾面、洗手臺面、廚臺面、柜門、爐面等）；可以廣泛用于地面，也可以應用于內墻、外墻裝飾；可以采用干掛施工，也可以采用傳統(tǒng)鋪貼施工。

同時為陶瓷磚圖案裝飾帶來了新的視覺效果。圖案紋理連續(xù)、整體自然、宏觀大器，既可以整體鋪貼，也可以切割組織鋪貼，解決了普通規(guī)格陶瓷磚組合鋪貼時圖案細碎、重復呆板的缺點。

3.3 符合節(jié)能減排

陶瓷大板在獲得拋光磚裝飾效果的同時，與傳統(tǒng)拋光磚比較，較好地實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。第一是減少了冷加工廢棄物；第二是減少了冷加工電耗；第三是減少了綜合能耗。

4 生產工藝

“陶瓷大板集成制造關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化”（生產線）是在傳統(tǒng)干壓陶瓷磚生產線基礎上的創(chuàng)新，生產難點、技術核心在于成型工序，而為了滿足成型要求，幾乎每個工序都涉及了技術創(chuàng)新內容。

4.1 技術創(chuàng)新路線圖

4.2 總體工藝流程

4.3 坯體基礎配方

適合陶瓷大板的配方體系，與普通陶瓷磚比較，其最大的特點是高鋁、高鉀、低鈣鎂，低燒失量。為了更好地控制燒成收縮，使用了部份煅燒高嶺土（5 ～ 8%）代替廣東黑泥。

配方優(yōu)化是高性能粉料制備的基礎，為了更好地滿足大面積沖壓成型的特殊要求，對坯料的性能提出了更高的要求，主要包括對流動性、堆積密度、顆粒硬度、生坯強度等。

4.4 成型

成型設備是選擇（引進）意大利西斯特姆公司3萬噸陶瓷大板自動干壓成型機，以及雙帶無邊框布料平臺作為成型裝備的基礎平臺。然后通過自主研發(fā)的坯料配方優(yōu)化技術、高性能粉料制備技術，以及吸收消化的成型工藝、布料工藝要點，形成了具有自主技術創(chuàng)新的國產化配套生產技術。

5 主要工藝參數(shù)

5.1 高性能粉料制備

5.2 沖壓成型

5.3 干燥

5.4 燒成

6 產品標準及性能

經第三方機構檢測，產品其他各項尺寸、物理和化學性能指標均達到或優(yōu)于國家標準GB/T 4100-2015（附錄G）《陶瓷磚附錄G干壓陶瓷磚E≤0.5%Bla類瓷質磚》、GB/T23266-2009《陶瓷板》的各項指標要求。放射性達到GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》A類要求（詳見產品檢驗報告）。

7 結束語

“陶瓷大板集成制造關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化”的研發(fā)成功，及生產線于2017年12月全面投入規(guī)?；a，達到了該項目立項的預期效果。有力地推動了生產線智能化、信息化水平，改善了陶瓷企業(yè)生產現(xiàn)場環(huán)境，減少了廢棄物和污染物的排放量，實現(xiàn)了節(jié)能減排，引領了陶瓷大板的創(chuàng)新水平，創(chuàng)造了許多個國內第一，擁有多項具有世界先進水平的自主配套技術，帶動了行業(yè)技術進步，實現(xiàn)了良好的社會效益和經濟效益。

同時，該項目已經有12項應用技術向國家申請了知識產權專利，其中技術發(fā)明專利6項，實用新型專利6項，同時達到了技術創(chuàng)新、經濟效益共贏的目的，目前生產技術及產品質量處于成熟穩(wěn)定狀態(tài)，項目圓滿成功，實現(xiàn)了公司科技創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略意圖。

陶瓷大板的誕生（包括普通厚度和薄板），為陶瓷磚圖案裝飾帶來了新的視覺效果，圖案紋理連續(xù)、整體自然、宏觀大器；既可以整體鋪貼，也可以切割組織鋪貼，解決了普通規(guī)格陶瓷磚組合鋪貼時圖案細碎、重復呆板的缺點。為建筑裝飾業(yè)領域提供了更新、更豐富的建筑材料，有力地推動了建筑裝飾施工方法改良，為市場提供了更多元化的應用，應用場合廣泛。

參考文獻

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