林 毅

(廣東翔華科技股份有限公司 廣東 潮州 515646)

前言

隨著我國(guó)陶瓷產(chǎn)能的迅速擴(kuò)張，陶瓷原料市場(chǎng)出現(xiàn)了供應(yīng)緊張的局面，部分地區(qū)原料的價(jià)格漲幅較大，作為傳統(tǒng)制造業(yè)的陶瓷產(chǎn)業(yè)，“高產(chǎn)量、高能耗、低效益”的困境，使行業(yè)發(fā)展面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。陶瓷行業(yè)只有通過(guò)新技術(shù)、新工藝，對(duì)陶瓷工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行改造，降低能耗才能最大程度地節(jié)約能源。

潮州制造陶瓷的生產(chǎn)歷史悠久，是中國(guó)陶瓷文化的發(fā)源地之一。改革開放以來(lái)，潮州已成為全國(guó)最大的日用陶瓷、工藝美術(shù)陶瓷和衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)和出口產(chǎn)區(qū)。它不僅是全國(guó)陶瓷出口量最大的產(chǎn)區(qū)，還是全國(guó)最具活力和發(fā)展的陶瓷產(chǎn)區(qū)之一。2004年4月12日，中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)會(huì)、中國(guó)陶瓷工業(yè)協(xié)會(huì)授予潮州市“中國(guó)瓷都”稱號(hào)。目前潮州陶瓷企業(yè)95%以上是民營(yíng)企業(yè)，是全球陶瓷創(chuàng)新最快，品種最多，最具活力和發(fā)展最快的產(chǎn)區(qū)之一。隨著我國(guó)陶瓷產(chǎn)能的迅速擴(kuò)張，陶瓷原料市場(chǎng)出現(xiàn)供應(yīng)緊張局面。一方面，部分地區(qū)原料價(jià)格漲幅較大；另一方面，由于國(guó)際原油市場(chǎng)價(jià)格的持續(xù)上漲，直接帶動(dòng)國(guó)內(nèi)燃料油價(jià)上漲。陶瓷行業(yè)價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)，持續(xù)高漲的成本壓力，致使陶瓷企業(yè)整體盈利能力明顯下降。

為了使衛(wèi)生潔具產(chǎn)品在寒冷的冬天不爆裂，控制吸水率及燒成溫度十分重要，一般燒成溫度要達(dá)到1 250～1 300 ℃，如能研制出能適合的吸水率、生產(chǎn)強(qiáng)度及各項(xiàng)指標(biāo)，且溫度控制在1 200 ℃以下的泥漿，將會(huì)大大降低能耗和生產(chǎn)成本，從而可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

自2008年開始，我們就開始投入衛(wèi)生潔具低溫泥漿的研制。經(jīng)過(guò)幾年的研發(fā)和努力，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室配方的調(diào)整、試片的試制、小試的生產(chǎn)、成品的試產(chǎn)，現(xiàn)已將泥漿配方的燒成溫度控制在1 190 ℃，吸水率達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2015的要求在0.5%以下，同時(shí)保證產(chǎn)品性能指標(biāo)合格。

1 配方試驗(yàn)

1.1 生產(chǎn)原料的確定

因考慮到生產(chǎn)成本及充分利用潮州本土資源，在配方研發(fā)上我們主要采用潮州本土資源原料，如長(zhǎng)石、高嶺土、粘土、黑泥、淘洗泥等，少量外地產(chǎn)原料，如絹云母、葉蠟石、燒滑石，其主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 原料的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

1.2 與釉料的配合優(yōu)化

在試制過(guò)程中，我們注意到釉料的膨脹系數(shù)較小，坯釉匹配不合適，可通過(guò)增加滑石的加入量，降低膨脹系數(shù)，不僅解決了坯釉匹配的問(wèn)題，同時(shí)滑石對(duì)降低燒成溫度也有幫助，從而達(dá)到坯釉的匹配優(yōu)化。

1.3 試片檢測(cè)

1.3.1 試片的制作與規(guī)格

我們?cè)谠囍七^(guò)程中，采用石膏模型注漿分別制作了長(zhǎng)度為200 mm，寬度為35 mm，厚度為13 mm的試條和長(zhǎng)度為130 mm，寬度為90 mm，厚度為13 mm的試片。

1.3.2 試驗(yàn)條件與過(guò)程

注漿制作的試條經(jīng)干燥后(100～120 ℃干燥4 h)，測(cè)量其干燥收縮率，然后送入窯爐燒成(燒成條件與大生產(chǎn)一致)，再檢測(cè)燒成收縮率和總收縮率，并用于測(cè)定吸水率和抗彎強(qiáng)度。將制作的試片，在干燥后上釉(釉層厚度與大生產(chǎn)一致)，然后送入窯爐燒成，將燒制好的試片，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》的規(guī)定，檢測(cè)其坯釉抗龜裂性。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果

衛(wèi)生陶瓷低溫泥漿配方的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

1.5 試制過(guò)程

我們?cè)诖_定研制低溫配方后，先進(jìn)行了增加長(zhǎng)石加入量的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，燒成溫度降低，吸水率也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但是這時(shí)泥漿塑性變差，工人操作困難。我們通過(guò)增加黑泥、淘洗泥等軟質(zhì)原料，使泥漿塑性提高，較好地解決了此問(wèn)題。另外，如果只單純?cè)黾娱L(zhǎng)石的加入量，將導(dǎo)致坯體熱穩(wěn)定性變差，產(chǎn)品易風(fēng)驚，通過(guò)引入滑石，可較好地解決問(wèn)題。在整個(gè)試制過(guò)程中，我們進(jìn)行了幾十次小型試驗(yàn)，容易達(dá)到了要求，但中試過(guò)程則較難，我們前后進(jìn)行了10多次試驗(yàn)。

投入大生產(chǎn)后，我們也沒有一步到位的進(jìn)行，而是采取了分次實(shí)施過(guò)程，較為平穩(wěn)地解決了問(wèn)題。

2 配方的確定

按照傳統(tǒng)的思維方式，為了降低燒成溫度，我們?nèi)粢黾尤蹌┑暮?，就必須增加瘠性原料長(zhǎng)石的含量，但這樣泥漿的塑性就會(huì)降低，導(dǎo)致工人的操作困難。我們通過(guò)調(diào)整思路，減少葉臘石，絹云母等半瘠性料，用長(zhǎng)石代替，這樣雖然可以降低溫度，但塑性稍差，再增加陶洗泥、黑泥等軟質(zhì)料，導(dǎo)致流動(dòng)性較差。為了提高泥漿成形的可塑性，同時(shí)引入了滑石原料，可以降低溫度，提高坯體熱穩(wěn)定性，不使燒成過(guò)程中產(chǎn)生新的問(wèn)題。舊配方和新配方對(duì)比如表3所示。

表3 新、舊配方的化學(xué)組成(質(zhì)量%)

3 泥漿的生產(chǎn)及工藝參數(shù)

3.1 生產(chǎn)流程

3.2 泥漿產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)(見表4)

表4 煉泥主要用設(shè)備

制泥：加入44%的水，球磨時(shí)間為16 h，出磨時(shí)每一磨都必須進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)合格后方可投入使用。

3.3 工藝參數(shù)

泥漿容重：1.74～1.76 g/mL；250目篩余≤2.0%；吸漿速度：5.0～5.6 mm/h；干燥收縮：3.4%～3.8%；燒成收縮：8.2%～8.6%； 燒成溫度：1 190 ℃；燒成周期：17～19 h；吸水率≤0.5%；觸變性：10～30；泥漿流動(dòng)性：270～310 s；可塑性：滿足一次成形連體要求。

3.4 燒成曲線對(duì)比

潮州衛(wèi)浴行業(yè)舊配方的燒成曲線和新配方的燒成曲線分別如圖1和圖2所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

如何解決低溫高強(qiáng)度是本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)。相比較于傳統(tǒng)的長(zhǎng)石、石英、粘土類配方，第一個(gè)改變就是完全不使用石英原料，而用少量的絹云母、葉臘石類礦物代替，這樣可以提高泥漿成形的可塑性。第二個(gè)改變是引入滑石代替長(zhǎng)石，滑石的助熔作用遠(yuǎn)高于長(zhǎng)石，同時(shí)還可降低坯體的熱膨脹系數(shù)。而減少的長(zhǎng)石用量就可用粘土來(lái)代替，這樣可以進(jìn)一步提高泥漿成形的可塑性。

表5 配料表(以一球磨裝干料9 t位單位)(t)

圖1 新配方燒成曲線圖

圖2 潮州衛(wèi)浴行業(yè)配方燒成曲線

圖3 坯料配方改進(jìn)方向

通過(guò)調(diào)整坯料配方，雖然降低了燒成溫度，但塑性沒有降低，可確保沒有增加工人操作難度。

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷的廠家，其配方多為傳統(tǒng)的長(zhǎng)石、石英、粘土配合而成，工人操作難度大，對(duì)工人的技術(shù)水平要求高，長(zhǎng)石、石英這兩類原料，沒有可塑性，要完全依靠粘土(如黑泥)提供塑性，若單黑泥添加量多，吸漿速度就很慢；反之，黑泥添加少了，塑性又差，對(duì)生產(chǎn)大件產(chǎn)品很困難。

我們則在配方中完全不使用石英原料，添加了本地淘洗泥，輔助加了少量的絹云母、葉臘石類等材料，完成了配方的調(diào)試。既降低了燒結(jié)溫度，又不影響產(chǎn)品的強(qiáng)度，保障產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》的要求。

5 總體性能指標(biāo)與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的比較及技術(shù)成熟度

衛(wèi)生潔具低溫?zé)赡酀{項(xiàng)目研制，總體性能指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》的各項(xiàng)要求。燒成溫度控制在1 190 ℃以下，產(chǎn)品吸水率控制在0.3%。國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品燒成溫度在1 250～1 300 ℃，吸水率按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》要求為0.5%。

經(jīng)過(guò)幾年的研制，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程工藝性能穩(wěn)定，產(chǎn)品外觀規(guī)整度、光亮度及洗涮、隔臭功能都優(yōu)于其他廠家同類產(chǎn)品，達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

低溫高強(qiáng)度的泥漿配方，吸水率和燒成溫度的控制，保障了衛(wèi)生潔具產(chǎn)品能適應(yīng)寒冷的冬天不爆裂。自2008年我公司投入研制以來(lái)，未見有關(guān)資料或相關(guān)報(bào)導(dǎo)。為了使該技術(shù)更廣泛的推廣與應(yīng)用，我們已將此配方的泥漿全面替代原來(lái)的配方，已取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

6 對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步的意義

本項(xiàng)目的研制成功，大大節(jié)約了原料成本和能源消耗成本，具體測(cè)算如下：

1)節(jié)約原料成本。按現(xiàn)有潮州重要衛(wèi)生潔具產(chǎn)區(qū)的泥漿300元/t計(jì)，我公司研制的泥漿目前約200元/t，可節(jié)約30%，成本按現(xiàn)有每年消耗34 800 t泥漿計(jì)算，年可節(jié)約348萬(wàn)元。

2)節(jié)約能耗成本。新研發(fā)的泥漿燒成溫度在1 190 ℃，比現(xiàn)有燒成溫度1 250 ℃降低了60 ℃。一條260 m3隧道窯耗用天然氣量為220 m3/h，新研發(fā)的泥漿燒成溫度控制在1 190 ℃，同樣的隧道窯耗用天然氣量為180 m3/h?？晒?jié)省耗氣量20%。按現(xiàn)有公司每日耗用天然氣8 t，全年按300 d計(jì)，年可節(jié)約天然氣480 t，每噸天然氣按6 500元計(jì)算，全年可節(jié)省能耗312萬(wàn)元。

3)原料成本及能耗成本兩次合計(jì)年可節(jié)約660萬(wàn)元。潮州現(xiàn)有衛(wèi)浴廠家1 000家，年產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品達(dá)9 000多萬(wàn)件，已達(dá)到100多億元的產(chǎn)值，如能在整個(gè)潮州產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用，年可節(jié)約近10億元的成本，可節(jié)約天然氣90 000 t，符合我國(guó)現(xiàn)階段“節(jié)能降耗”的產(chǎn)業(yè)政策，對(duì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技進(jìn)步具有重大意義。

7 推廣應(yīng)用的條件及前景

本研究成果主要適應(yīng)于衛(wèi)生潔具生產(chǎn)企業(yè)，不涉及成形工藝及窯爐設(shè)備。目前潮州衛(wèi)生陶瓷廠家除了少數(shù)幾家大型企業(yè)自產(chǎn)泥漿外，大多數(shù)企業(yè)依靠瓷泥廠供應(yīng)泥漿，廣泛應(yīng)用推廣的可能性較大，低溫泥漿經(jīng)過(guò)3年的反復(fù)調(diào)試，穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低、產(chǎn)品規(guī)整度、光亮度及各項(xiàng)功能均符合國(guó)標(biāo)要求，并已實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。

潮州是全國(guó)衛(wèi)生陶瓷的主要產(chǎn)區(qū)，也是全世界衛(wèi)浴出口的重要產(chǎn)業(yè)基地，衛(wèi)浴產(chǎn)銷量占據(jù)全國(guó)的半壁江山。而在產(chǎn)量方面的優(yōu)勢(shì)受河南長(zhǎng)葛產(chǎn)區(qū)的影響，品牌美譽(yù)度上不及一些佛山品牌，總體較為保守。如在潮州產(chǎn)區(qū)廣泛應(yīng)用低溫泥漿，則可增強(qiáng)潮州衛(wèi)浴總體的競(jìng)爭(zhēng)力。而衛(wèi)生潔具行業(yè)涉及國(guó)計(jì)民生，市場(chǎng)需求量大，本項(xiàng)目的應(yīng)用推廣符合國(guó)家的節(jié)能政策，發(fā)展前景廣闊。