衛生陶瓷低溫燒成工藝研究*

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)

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衛生陶瓷低溫燒成工藝研究*

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)

通過優化坯料配方和選用合適的原料，在保證產品吸水率小于0.5%的前提下，成功地將衛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硅酸鋯等原料，經多次配方優化調整，成功研發出燒成溫度在1 190～1 210 ℃衛生陶瓷中溫釉。研究結果表明，衛生陶瓷采用低溫燒成工藝，產品的各項性能指標均未下降，部分指標還略有提高，窯爐能耗降低5%以上，綜合經濟效益顯著。

衛生陶瓷 低溫燒成 節能

前言

近幾年來，隨著天然氣價格的逐步提高，衛生陶瓷的燒成成本日益提高。與此同時，政府部門的環保監管力度越來越嚴，陶瓷企業的環保壓力日漸增大。眾所周知，陶瓷工業是高能耗行業之一。為了保護環境，節約能源，提高生產效率和增加企業效益，衛生陶瓷行業采用低溫燒成工藝是必要的，也是發展的必然趨勢。

根據文獻[1]所述，衛生陶瓷燒成溫度在1 210 ℃以下的，都可稱為低溫燒成。經長時間試驗研究和反復試產驗證，本公司最終成功研制出了衛生陶瓷低溫燒成工藝：燒成溫度從1 240 ℃降低到1 200 ℃左右，產品的各項性能指標與降溫前一致，個別指標還有所提升；釉面質量和耐污性均得到明顯改善；窯爐能耗降低5%。本公司和國內其他潔具產區的實踐說明，衛生陶瓷低溫燒成工藝是可行的，產品質量是有保證的。

現將研發過程敘述如下，供業內同行參考，共同促進衛生陶瓷行業節能降耗工作。限于作者水平有限，不當之處，敬請專家學者批評指正。

1 實驗

1.1 低溫燒成的開發目標

立足于本公司現有的大部分原料和窯爐基本條件，低溫燒成工藝要達到的預期目標是：產品的燒成溫度(指使用進口測溫環測量的溫度，下同)從1 240 ℃降低到1 200 ℃以下；產品的各項性能指標，比如吸水率、收縮率、耐荷重性、熱穩定性、瓷坯抗折強度、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 坯料配方調整

衛生陶瓷要實現低溫燒成，必須同步實現坯和釉的低溫燒成。其中，合理的坯料配方是低溫燒成工藝成功的關鍵。衛生陶瓷的大部分理化指標以及泥漿的成形性能等都取決于坯料配方。

坯料配方調整的方向為：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；為保證產品強度，略微增加了鋁含量約0.5%。配方調整后希望達到的目標是：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育完全，從而提高瓷坯的機械強度、熱穩定性等物理指標。

表1 鉀長石化學成分(質量%)

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低溫燒成，產品吸水率等指標均達標，因此坯體配方中沒有再額外引入富含鈣鎂的原料。調整后坯體配方成本并沒有增加，與調整前基本持平。坯體配方調整前后化學成分對比見表2。

表2 調整前后的坯體配方化學成分對比(質量%)

1.2.2 釉料配方調整

如前所述，坯料配方調整比較順利，本項目的難點在于低溫釉料配方調整。既要保證低溫燒成后的釉面白度和光澤度，還要保證釉面耐磨性和耐污性，以及熱穩定性，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 ℃，以保證生產的穩定和產品品質。

釉料配方調整要達成的目標是：適當增加助熔劑含量，引入反應活性高的原料，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、耐污性等理化指標均符合內控標準。

釉料配方調整的思路是：通過引入超細硅酸鋯，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，提高釉面亮度和細膩度；增加石英粉用量，保證釉面強度和耐污性；控制釉料中氧化鈣含量，減少釉面析晶。調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組成見表3。

表3 釉用原料的化學組成(質量%)

1.3 研發工藝路線

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，為保證生產的穩定性，確保不出現重大質量事故和批量缺陷，均需反復進行多次中試。中試確認無問題后，又間隔不同時間分別進行了3次大試，前后時間達半年之久。最后試驗結果達到預期目標，遂正式投入大生產。

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、河北瓷土等。所用電解質為水玻璃、純堿和高效減水劑。由于本公司所處位置水質較差，電解質總加入量偏高，在0.80%以上。

根據坯料配方準確稱量，采用自動稱量喂料機進行配料。硬質料和軟質料采用兩次加料球磨技術。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

根據釉料配方嚴格稱量裝入球磨機，料∶球∶水=1∶2∶0.5，研磨約16 h后檢測細度和粒度分布。要求325目篩余<0.2%，沉降值≥80%方可放釉。放釉后連續過3次150目篩，采用自動濕式磁選機除鐵。按工藝控制標準調整好參數后，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8.5 mm。生產泥漿容重控制在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，循環線連續噴釉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；采用數顯抗折儀測量干坯和瓷坯抗折強度；采用煮沸法檢測產品吸水率；用水冷法檢測熱穩定性；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《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《GB 6952-2005衛生陶瓷》測試荷重性。

2.2 測試結果

表4 坯釉料性能測試結果

2.3 結果分析

從上述對比結果可以看出：采用低溫燒成工藝后，產品收縮率、吸水率、燒失量、變形度等指標均保持穩定；干坯強度和瓷坯強度略有提高；瓷坯和產品熱穩定性沒有降低；釉面白度平均提高2度；產品耐污性顯著提高；釉面整體質感提升一個檔次；釉面耐磨性保持調整前水平；產品耐荷重性滿足國標要求。

通過連續4個月的實際窯爐能耗數據計算，采用低溫燒成工藝后，出窯噸瓷天然氣消耗量比之前降低5%～8%，節能效果明顯。

3 結語

事實證明，衛生陶瓷采用低溫燒成工藝，并未降低產品質量和產品檔次。只要調配好坯釉料配方，同時配合以合適的燒成制度，通過低溫燒成提升產品質量是完全可行的。衛生陶瓷采用低溫燒成工藝，綜合經濟效益顯著。

1 余同昌.衛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.超細硅酸鋯在衛生陶瓷乳白釉中的應用.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工作。*

TQ174.76+9

A

1002-2872(2016)10-0041-04