王同言
(唐山北方瓷都陶瓷集團有限責任公司 河北 唐山 063020)
改革開放后的近30年以來,我國陶瓷工業得到了飛速的發展,產量連年增長,出口量不斷增加,我國已成為世界上最大的陶瓷生產國和出口國。以日用陶瓷行業為例,據有關部門統計資料顯示,2010年我國日用陶瓷產量已達到271億件,約占世界總產量的77%。但是,我們的產品出口售價很低,日用陶瓷單件出口均價為34.62美分,而進口日用陶瓷單價則高達4.90美元,出口價格僅為進口價格的1/10左右。另一方面,日用陶瓷企業競爭力不強,多數企業整體效益差,不少企業處于虧損的局面。
目前我國陶瓷產業發展情況很不平衡,衛生陶瓷行業由于多年來不斷進行技術改造和創新,工藝制造水平、產品質量水平都得到了很大提高。機械化微壓組合澆注成形技術的普遍采用、高壓注漿成形新技術在一些企業的陸續使用,產品整體質量水平得到很大提升,功能水平、節水技術基本上與國際接軌。而日用陶瓷行業,多年來由于投入不足,自動化水平、機械化水平較低,導致了日用陶瓷行業勞動生產效率低下,原材料與能源消耗量大,產品成本高,產品質量檔次和品質低,產品售價偏低,整體效益差。
從目前整個日用陶瓷行業發展情況看,存在以上諸多問題,與日用陶瓷行業多年來投入不足,本身存在的一些關鍵技術問題未解決有很大的關系:
1)生產工序技術發展不平衡,兩頭工序技術先進,而中間環節技術薄弱。即原料加工、燒成工序技術裝備水平比較高,但中間的坯體成形工序由于裝備落后,自動化程度及配套水平低,造成日用陶瓷行業生產效率低下。
2)與成形工序配套的模具問題未得到解決。長期以來日用陶瓷坯體成形一直都使用石膏模具,由于我國石膏粉、石膏模具加工技術落后,使得我國日用陶瓷成形用石膏模具性能較差,表現為使用次數少,坯體成形質量差,產品品質差。而模具性能差,即使用次數少,更換頻繁,在一定程度上影響了成形效率和產量,無法適應自動化生產線的要求。
3)日用陶瓷生產的能耗高。我國日用陶瓷行業是高能耗行業,燒成工序的能耗占全部能耗的70%~80%,窯具性能差是造成我國日用陶瓷能耗居高不下的主要原因之一。
由此可見,我國日用陶瓷效率低、整體效益差,成形工序是問題的關鍵,也是發展的瓶頸。具體來講,在目前的成形工序中,一是裝備自動化及配套程度低。成形工藝普遍采用塑壓成形(冷壓、滾壓),少量異形件采用常壓注漿成形。塑壓成形普遍使用國產冷壓、滾壓成形機,設備技術仍停留在20世紀七、八十年代的水平,裝備自動化及配套程度低。常壓注漿成形完全依賴人力手工完成,成形效率低,需要大量的人力資源。而當今世界上中高壓注漿成形、高效塑壓成形、等靜壓成形先進技術及裝備卻很少使用。二是成形所用的主要工具——模具使用性能差。目前行業仍然普遍使用石膏模具成形,而石膏粉及石膏模具制備技術水平差,導致石膏模具性能差。其主要表現為:
1)石膏模型使用次數少(國內冷壓小于300次,滾壓小于105次,注漿小于60次),模型頻繁更換嚴重地影響了生產效率,也不利于自動化成套裝備的應用。同時還導致國內石膏資源緊張,而大量廢石膏模具占用土地,造成環境壓力等諸多問題;
2)石膏模具表面性能差,成形后坯體表面粗糙,不得已需要投入大量人力物力進行修坯,造成坯體破損量大、人為缺陷增多、產品尺寸變化大、人工成本高及生產效率低等一系列問題。
3)石膏模具用量大,烘干過程耗能量大。
在燒成工序中,國內日用陶瓷燒成使用的窯具材質大多為硅鋁質和硅鋁鎂質,所用原料為高鋁礬土、粘土、滑石等,普遍存在著強度低、高溫易變形、蓄熱大、抗熱震性能差等技術問題。窯具性能差嚴重地影響了產品燒成合格率,同時造成了大量的能源浪費。該類窯具在1 250℃及以上溫度使用時大多表現為軟化變形、熱震開裂,循環使用次數少(一般僅為50次左右)。
由于成形效率低,燒成能耗高,資源、能源消耗量大,不斷攀升的人力成本和原料、燃料、運費的不斷上漲,使得陶瓷生產成本不斷提高,同時售價不升反降,使企業面臨虧損的局面,這種狀況必須改變。
從國外現狀來看,發達國家如英國、德國、日本等國家,依靠本國先進的新型工業技術,特別是運用在日用陶瓷工業基礎上發展起來的陶瓷新材料產業的先進技術,對傳統日用陶瓷行業進行了不斷的創新和改造,使其自動化水平、勞動生產效率、產品質量不斷提高,模具使用次數增加,能源、材料消耗低,故其生產制造成本低。
國外日用陶瓷成形工藝中,樹脂模具、改性石膏模具及石膏-樹脂復合材料模具制備技術先進、成熟,模具使用性能優良。樹脂模具使用次數≥10 000次;改性石膏模具使用次數≥300次;石膏-樹脂復合材料模具使用次數≥2 000次。基于高性能模具的廣泛應用和原料的標準化加工、優良的泥料性能,使中高壓注漿技術、高效塑壓技術得到廣泛應用,成套裝備自動化程度很高,從泥漿輸送、泥餅切割、成形、干燥、修邊實現了整線自動化生產,成形效率高,成形后的坯體的表面質量好,無需人工修坯,最大限度地保證了坯體規整度,杜絕了人為缺陷的產生,同時也節約了大量的人力資源和烘干模型所消耗的熱能。
從國內外陶瓷行業技術發展趨勢分析,我國日用陶瓷行業必然走自動化、高效、健康發展之路。通過技術引進和技術改造,通過內部科技創新,提升傳統日用陶瓷行業工藝技術裝備水平,向以下3個方向發展:
1)提高生產效率;
2)節能環保;
3)提高產品品質。
實現上述目標的關鍵是早日開發、應用高效成形技術和裝備,研制出高效節能模具、窯具并投入生產使用。
為此,唐山北方瓷都陶瓷集團有限責任公司聯合其他單位共同申報了“十二五”國家科技支撐計劃項目《日用陶瓷高效節能模具窯具關鍵材料技術研究》。目前項目得到國家有關部門審批,爭取到國家資金支持,該項目的重點研究方向為:
1)開展新型高效成形技術研究。包括泥料與模具的適應性研究;高效中高壓、塑壓成形方法及相關裝備的研究。采用先進的日用陶瓷自動化成形生產線。建造2條高效滾壓成形生產示范線(1 000萬件硬質高白瓷、1 000萬件高檔骨質瓷),1條中高壓注漿成形生產示范線(特大件藝術瓷),1條中高壓、高效塑壓成形生產示范線(大件、異型)。項目實施后,將大幅度提高日用陶瓷的生產效率及產品品質。
2)開展高效成形模具制備技術研究。包括普通滾壓、常壓注漿改性石膏模具,中高壓注漿成形用樹脂模具,冷塑壓成形用石膏-樹脂復合材料模具。不僅可提高模具質量,還可大幅度地增加模具使用次數,為提高產品品質、降低消耗、提高生產效率創造條件。普通滾壓改性石膏模具使用次數由105次提高到300次,常壓注漿改性石膏模具使用次數由60次提高到100次,冷塑壓用石膏-樹脂復合材料模具使用次數由300次提高到1 000次,中高壓注漿用樹脂模具使用次數≥8 000次。
3)開展高性能節能窯具制備技術研究。研制出鈦酸鋁-塞隆-莫來石-堇青石窯爐,建造了1條窯具應用示范線,窯具循環使用次數由50次提高到100次,已投入使用,為提高產品品質、降低消耗、節能創造了條件。
通過企業技術改造,采用先進的日用陶瓷自動化設備;通過研制高性能的成形模具和節能窯具等材料,提高我國日用陶瓷行業整體技術創新水平。延長模具和節能窯具的使用壽命,以達到提高品質、提高生產效率、降低消耗的目的。同時加強新產品的設計開發,提高高檔、高附加值產品的比例,賦予產品高技術、高品位、高藝術含量,注重品牌建設和推廣,引領行業向高品質化、高效率化方向發展,推動我國日用陶瓷產業的結構調整和振興,支撐日用陶瓷行業持續、健康、高效、快速地發展。