李建華

(咸陽(yáng)金宏通用機(jī)械有限公司 陜西 咸陽(yáng) 712000)

國(guó)外于20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)陶瓷磚干法制粉工藝技術(shù)及裝備。德國(guó)的Erich公司，開(kāi)發(fā)研究了干法制粉工藝技術(shù)及裝備，研制出不同類型的干法細(xì)磨設(shè)備及造粒機(jī)。目前，意大利的LB公司、GMV公司、M.S公司也相繼開(kāi)發(fā)研制出不同類型的干磨設(shè)備、造粒設(shè)備，依據(jù)各自設(shè)備的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了不同類型的干法制粉工藝生產(chǎn)線。

在國(guó)內(nèi)70年代，噴霧干燥濕法工藝進(jìn)入陶瓷行業(yè)。咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院率先研制成功了離心式噴霧干燥工藝，后來(lái)又研究成功了壓力式噴霧干燥工藝，然而這種工藝一次性投資費(fèi)用高、能耗大的不足也制約著其推廣應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院研發(fā)出國(guó)內(nèi)第一代干法造粒機(jī)，隨后生產(chǎn)出五十余臺(tái)在西南西北地區(qū)使用，與破碎機(jī)、雷蒙磨相結(jié)合，生產(chǎn)出最大規(guī)格500 mm×500 mm，吸水率6%左右的彩釉磚制品。隨著工藝的不斷發(fā)展，咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院將干法工藝與濕法工藝的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行比較，得出結(jié)論：兩者質(zhì)量幾乎等同。2012年，咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院作為"陶瓷磚新型干法短流程工藝關(guān)鍵技術(shù)與示范"項(xiàng)目負(fù)責(zé)單位，承擔(dān)了國(guó)家"十二五"科技支撐計(jì)劃，把該項(xiàng)目的重要性提升到了國(guó)家科技計(jì)劃層面，此項(xiàng)目已成功通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。

1 干法制粉工藝

1.1 概述

干法制粉工藝流程圖如圖1所示：

各種原料經(jīng)過(guò)研磨后，按配方混合均勻細(xì)粉料進(jìn)入造粒機(jī)，在造粒機(jī)中加入10%～12%的相對(duì)水分，進(jìn)行“過(guò)濕”造粒之后進(jìn)入流化床干燥器干燥至6%～8%的相對(duì)水分，同時(shí)流化床干燥器系統(tǒng)的收塵系統(tǒng)將未造粒的細(xì)粉回收，重新進(jìn)入造粒機(jī)系統(tǒng)。干燥后的粉料經(jīng)篩分裝置過(guò)篩，篩上大顆粒經(jīng)優(yōu)化整粒，與篩下合格料一同進(jìn)入料倉(cāng)陳腐，供生產(chǎn)壓型使用。

圖1 干法制粉工藝流程圖

1.2 干法制粉優(yōu)勢(shì)

干法制粉與濕法制粉生產(chǎn)工藝技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。據(jù)干法制粉節(jié)能預(yù)測(cè)計(jì)算得知，按每套(30T型號(hào))系統(tǒng)全年生產(chǎn)粉料193 500 t計(jì)算，全年可以節(jié)約電量643.2萬(wàn) kW·h，熱能節(jié)約原煤138 942 t。減排情況：根據(jù)標(biāo)煤排放系數(shù)2.631，每年可減少二氧化碳、二氧化硫及氮氧化合物排放累計(jì)約238 288 t。2016年，淄博新空間陶瓷有限公司已建成日產(chǎn)15 000 m2的高檔陶瓷磚干法短流程示范線。其示范線的數(shù)據(jù)顯示，干法相對(duì)濕法工藝而言，綜合節(jié)能大約60%，節(jié)水80%。相比之下，干法制粉工藝優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①由于蒸發(fā)水量節(jié)約80%，所以最終導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)約電耗20%，節(jié)約熱耗65%;②干法制粉生產(chǎn)技術(shù)一次性投資僅為噴霧干燥制粉工藝流程的70%左右;③坯體強(qiáng)度大，機(jī)械強(qiáng)度較高，有利于實(shí)現(xiàn)陶瓷磚一次燒成和快速燒成，更進(jìn)一步提高生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能量。

1.3 技術(shù)難點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)的造粒方式都為增濕造粒，常見(jiàn)的是加濕后強(qiáng)力攪拌。若是粉料顆粒太硬，后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)參數(shù)不變，壓制時(shí)仍采用膠模模具，壓制時(shí)會(huì)壓不破，影響產(chǎn)品質(zhì)量。除此之外，造粒工藝不成熟，還會(huì)致使粉料顆粒大小不一，當(dāng)小顆粒烘干之后，大顆粒中往往還保留了大量的水分，燒成時(shí)釉面就會(huì)出現(xiàn)一些缺陷。

1.4 造粒設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)

陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術(shù)其關(guān)鍵設(shè)備為干法造粒機(jī)設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外研發(fā)的干法造粒機(jī)根據(jù)造粒原理和機(jī)體本身結(jié)構(gòu)的不同，有臥式造粒機(jī)，立軸式造粒機(jī)，輥筒式造粒機(jī)，盤(pán)式造粒機(jī)等，各種造粒機(jī)設(shè)備制備粉料顆粒性能存在著差異，用于不同的工藝領(lǐng)域。

通過(guò)比較國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的造粒設(shè)備。咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院研發(fā)了一種懸浮態(tài)新型造粒機(jī)，其原理為通過(guò)氣流分散粉末原料，由高壓泵提供的霧化水濕化液體，濕化液體(水核)的表面張力吸附、團(tuán)聚干細(xì)粉，形成微顆粒包裹料，當(dāng)其重量大于氣體懸浮力時(shí)，下落到旋轉(zhuǎn)的整粒盤(pán)，再經(jīng)過(guò)整粒盤(pán)產(chǎn)生的機(jī)械力(離心力)的強(qiáng)化、整合、優(yōu)化，形成顆粒料。當(dāng)顆粒料達(dá)到一定的粒徑和重量時(shí)，依靠整粒盤(pán)的離心作用，粉料顆粒從出料口流出。這種造粒方式制備顆粒粉料，其先進(jìn)性在于粉料的性能可依據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整。顆粒大小可通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量，改變?cè)炝Ｋ?nèi)的氣流場(chǎng)分布，進(jìn)而改變塔內(nèi)氣流對(duì)形成顆粒料的懸浮力，當(dāng)顆粒料的重力大于懸浮力時(shí)，顆粒粉料會(huì)下落塔體下部的整粒盤(pán)。當(dāng)顆粒料下落盤(pán)中時(shí)，通過(guò)改變整粒盤(pán)的轉(zhuǎn)速，對(duì)顆粒整形，達(dá)到需要的強(qiáng)度和光潔度，以保證流動(dòng)性，使顆粒粉料的性能達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)。

2 陶瓷墻地磚干法造粒機(jī)主軸偏心率對(duì)造粒效果的研究

筆者結(jié)合多年對(duì)干法造粒制粉工藝的研究，基于干法造粒制粉技術(shù)存在的難點(diǎn)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的干法造粒制粉機(jī)轉(zhuǎn)軸偏心率進(jìn)行優(yōu)化，從而在一定程度上改善顆粒的級(jí)配分布不均勻性問(wèn)題，其研究結(jié)果對(duì)陶瓷墻地磚干法造粒制粉機(jī)的進(jìn)一步推廣具有一定的工程指導(dǎo)意義。

圖2 干法造粒試驗(yàn)裝置示意圖

結(jié)合當(dāng)前陶瓷墻地磚干法造粒制粉機(jī)造粒方式，將原料細(xì)粉滾壓成符合陶瓷墻地磚原料生產(chǎn)要求。其試驗(yàn)樣機(jī)如圖 2所示，其工作原理主要是超聲波霧化噴嘴將霧化液滴(粘結(jié)劑、添加劑等液體)彌散在造粒室(2)，攪拌葉片(3)、鉸刀(4) 將加入造粒室內(nèi)的細(xì)粉體在霧化液滴的作用下攪拌滾壓成 20 ～ 80 目的粗顆粒，最終過(guò)篩獲取符合要求的陶瓷墻地磚壓制原料。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及測(cè)試器材

(1)實(shí)驗(yàn)材料。將陶瓷墻地磚原料分為硬質(zhì)原料(長(zhǎng)石、石英、大理石等)與軟質(zhì)原料(黏土、高嶺土、膨潤(rùn)土等)。首先將硬質(zhì)原料按照坯體要求配比研磨至平均粒徑在 200 ～500 μm，再加入研磨助劑，將硬質(zhì)原料、軟質(zhì)原料按坯體要求配比在立磨中研磨至粒徑在 10 μm 左右，待干法造粒試驗(yàn)原料使用。在造粒過(guò)程中，需要按坯體要求配制造粒添加溶劑，加入水中配成質(zhì)量濃度為 4% 左右的造粒添加溶劑；其中，造粒添加溶劑是由質(zhì)量比為(10 ～ 15)∶(20 ～ 25)∶(15～ 30)∶(20 ～ 50)的海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸甲酯構(gòu)成。

(2)測(cè)試器材。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要是測(cè)試顆粒級(jí)配均勻性分布問(wèn)題，即實(shí)驗(yàn)儀器主要是 20 目、30 目、40 目、50 目、60 目、70 目、80 目的粒度分析篩各兩個(gè)，對(duì)各個(gè)階段的顆粒級(jí)配進(jìn)行測(cè)試，從而了解顆粒的級(jí)配分布是否均勻(見(jiàn)圖5)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

當(dāng)轉(zhuǎn)軸偏心率 e1=0.15 時(shí)，級(jí)配分布如下圖 3 所示。粒徑在 20 ～ 80 目之間的為有效顆粒，其所占質(zhì)量百分比為 79.5%，且粒徑在20 ～ 80 目級(jí)配均勻性較差。

圖3 顆粒粒徑分布

當(dāng)轉(zhuǎn)軸偏心率 e2=0.25 時(shí)，級(jí)配分布如圖 4 所示。粒徑在 20 ～ 80 目之間的為有效顆粒，其所占質(zhì)量百分比為 85.5%，且粒徑在 20～ 80 目級(jí)配均勻性得到了較大的改善。

圖4 顆粒粒徑分布

圖5 顆粒粒徑分布

當(dāng)轉(zhuǎn)軸偏心率 e3=0.35 時(shí)，級(jí)配分布如圖 5 所示。粒徑在 20 ～ 80 目之間的為有效顆粒，其所占質(zhì)量百分比為 79.4%，且粒徑在 20～ 80 目級(jí)配均勻性未得到改善，反而級(jí)配均勻性更差。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)偏心率為 0.15、0.25、0.35 時(shí)，顆粒的有效質(zhì)量百分比依次為 79.5%、85.5%、79.4%，且當(dāng)偏心率為 0.25 時(shí)，顆粒級(jí)配均勻性最佳。該研究結(jié)果對(duì)陶瓷墻地磚干法造粒制粉技術(shù)在陶瓷行業(yè)進(jìn)一步完善具有一定的指導(dǎo)意義。