陶瓷薄板生產(chǎn)工藝過程探討

田國(guó)權(quán)

摘 要：本文結(jié)合實(shí)際，主要探討陶瓷薄板坯體配方的影響及生產(chǎn)工藝過程中成型、施釉、干燥、燒成等工藝的控制。

關(guān)鍵詞：薄板;強(qiáng)度;配方;工藝

1 前言

近兩年來陶瓷薄板生產(chǎn)方興未艾，好幾個(gè)大品牌廠都投入了薄板的生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的最薄的產(chǎn)品厚度為4.5 ～ 5.5 mm。由于產(chǎn)品薄，并且大多數(shù)規(guī)格較大，1.8 m × 0.9 m、1.2 m × 2.4 m、1.2 m × 3.6 m等等，所以在生產(chǎn)過程中半成品及成品極易產(chǎn)生破損，對(duì)坯料配方、生產(chǎn)工程控制，提出了更高要求。

2 坯體配方

因?yàn)槭潜“澹瑢?duì)坯體的干燥強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度提出了更高的要求。

2.1 可塑性原料

為了提高坯體干燥強(qiáng)度，選擇可塑性較好的泥料，加入比例≥22%，適當(dāng)加入一定比例的坯體增強(qiáng)劑。

2.2 氧化鋁的加入量

為了改善坯體的熱塑變形性能和強(qiáng)度，適當(dāng)增加坯體中Al203的含量。一般坯料配方的Al203含量18 ～ 20%，薄板Al203含量調(diào)整到22%左右為宜，可通過鋁礬土、高鋁砂、黏土等方式引入配方中。

2.3 長(zhǎng)石

引入鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石。鈉長(zhǎng)石熔體的黏度低，能促進(jìn)石英、高嶺石分解產(chǎn)物及其它組分的熔解，有利于莫來石晶體的形成。同時(shí)，加入適當(dāng)比例的鉀長(zhǎng)石來調(diào)整熔體的黏度和形成速度，有利于克服薄板變形，同時(shí)降低坯料的燒成溫度，且鉀長(zhǎng)石熔融時(shí)有白榴子石和硅氧熔體生成，故熔體黏度大，在瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中有利于燒成控制，防止變形。

K2O、Na2O含量考慮各占配方重量百分比含量2 ～ 3%。

2.4 硅灰石

硅灰石加入到坯體中，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 硅灰石針狀晶體提供了水份排除的快速通道，可加速干燥速度，提高生坯強(qiáng)度和產(chǎn)品燒成后強(qiáng)度。

（2） 干燥收縮小，燒成過程不產(chǎn)生氣體，對(duì)改進(jìn)素坯結(jié)構(gòu)、提高釉面質(zhì)量很有利。

（3） 堿金屬含量少，坯體吸濕膨脹小，不易龜裂。

（4） 坯體受熱膨脹與溫度呈線性關(guān)系，特別適合快燒。

（5）硅灰石礦物中含有少量的石榴石和透輝石，在燒成過程中可起到礦化劑作用，促進(jìn)硅灰石與其它物料的反應(yīng)，還能形成低黏度的玻璃相，將坯體的顆粒黏度粘接在一起，提高坯體強(qiáng)度，

（6） 配方中考慮加入硅灰石8 ～ 10%。

2.5 滑石

滑石是一種很好的熔劑，也是性能優(yōu)良的礦化劑。在坯體配方中加少量滑石，可降低燒成溫度，在較低溫度下形成液相，加速莫來石晶體的形成，同時(shí)擴(kuò)大燒成范圍，提高瓷磚白度、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。滑石一般加入2 ～ 3%。

根據(jù)以上各種成分的特性，通過摸索試驗(yàn)，調(diào)試出一種薄板配方成分如下：

各成分重量百分比：Si02：60 ～ 62%，Al2O3：21 ～ 23%，F(xiàn)e2O3：0.7 ～ 0.9%，Ti02：0.35 ～ 0.45%，CaO：3.9 ～ 4.9%，MgO：1.1 ～ 1.9%，K2O：2.1 ～ 2.9%，Na2O：2.3 ～ 3.2%。實(shí)際生產(chǎn)中測(cè)出的生坯干燥后的抗折強(qiáng)度平均2.05 MPa，比一般配方高15%左右。燒成后的抗折強(qiáng)度達(dá)到49.8 MPa（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是≥35.5 MPa）。此配方有利于減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程的破損率，同時(shí)保證了陶瓷薄板的成品性能。

3 其它工藝方面要求

相對(duì)其它產(chǎn)品，大薄板的突出難點(diǎn)是易破損，除了配方影響，對(duì)模具成型、干燥、整條線的機(jī)械輸送、施釉工藝、燒成工藝也提出了更高要求。

3.1 成型

壓機(jī)壓力要足夠大，模具成型要布料更均勻，排氣更好。壓機(jī)設(shè)備是關(guān)鍵，目前國(guó)內(nèi)有兩種類型壓機(jī)。

一是西班牙西斯特姆（SYSTEM）公司的壓機(jī)，粉料通過皮帶送入壓機(jī)，壓制成型時(shí)上下都是皮帶，這種成型方式優(yōu)點(diǎn)是大板尺寸比較靈活，可以做到1.2 m × 3.6 m，如果定制壓機(jī)，可以做到更大。壓制后通過皮帶送出來，送粉-成型-出坯，都是通過皮帶連續(xù)運(yùn)行，有利于減少損耗，缺點(diǎn)是這對(duì)皮帶的質(zhì)量要求較高，要進(jìn)口專用皮帶，用到一定次數(shù)要更換，成本較高。

另一種成型方式是傳統(tǒng)干壓成型，目前恒力泰YP16800壓機(jī)，最大可壓制1.35 m × 2.7 m的薄板，模具采用傳統(tǒng)鋼體壓膠模具，投入成本相對(duì)較低，但對(duì)模具精度、出磚平臺(tái)平整度，提出了更高要求。壓制成致密度均勻的產(chǎn)品后，再被輕輕推出來，再通過出磚輥臺(tái)，進(jìn)入干燥。因干燥前的磚坯強(qiáng)度低，輥臺(tái)要足夠水平、跨度小，對(duì)輥棒軸承間距、輥棒粗細(xì)、平直度等都要力求統(tǒng)一，精益求精。能用平板大皮帶的用平板大皮帶輸送。

3.2 釉線輸送

釉線輸送方面也是能用平板大皮帶的用平板大皮帶，盡量減少交接口;盡量減少用三角皮帶的升降。三角皮帶輪加工精度要高，統(tǒng)一內(nèi)外尺寸，三角皮帶接駁口盡量平滑自然，否則有點(diǎn)凸起都可能導(dǎo)致磚坯開裂。對(duì)整條生產(chǎn)線的水平調(diào)整要求非常高，而且這種水平調(diào)整要有連續(xù)性，電器調(diào)得要讓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，交接過渡處水平，且前后運(yùn)行速度一致。否則，輕碰、走走停停太多也易造成破損。有的轉(zhuǎn)彎位（一般90°轉(zhuǎn)彎），采用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，即磚到了兩條線交叉位置平臺(tái)就開始轉(zhuǎn)90°，不能用傳統(tǒng)的擋板，轉(zhuǎn)到另一方向再接著行走，盡量讓磚坯行走平穩(wěn)、舒緩。

3.3 施釉

用噴釉設(shè)備比較好，采用含水少且流動(dòng)性好的釉料，適當(dāng)減少施釉水份，對(duì)薄板在行進(jìn)過程中減少磚損、提高薄板的抗折強(qiáng)度都有很大幫助。同時(shí)選用高質(zhì)量的施釉噴頭，施釉霧化好、釉量穩(wěn)定、均勻，也有助于工藝控制。因?yàn)橐话阌跃€要施底釉、噴墨、面釉等多道工序，而薄板太薄，坯體吸水后強(qiáng)度會(huì)變差，所以一般要在一個(gè)施釉工序后，釉線增加一個(gè)小干燥，一般3 ～ 6 m長(zhǎng)，引用窯爐熱量或用電加熱，讓水份揮發(fā)一部份后，再進(jìn)入下一次施釉工藝，這樣才能保證坯體強(qiáng)度，減少磚損。在進(jìn)入窯爐前，在釉線上也最好加一個(gè)小干燥，這樣保證入窯坯體水份較小，且坯溫與窯爐前段溫差不會(huì)太大，有利于提高磚坯強(qiáng)度，同時(shí)有利于燒成的溫度控制，不至于入窯時(shí)磚坯急劇受熱而導(dǎo)致破損。

3.4 干燥和窯爐的機(jī)械傳動(dòng)

為防止薄板裂磚和燒成變形，對(duì)干燥和窯爐的機(jī)械傳動(dòng)要求非常高。在輥棒方面，要求輥棒直徑統(tǒng)一、規(guī)整平直不彎曲;兩邊旋轉(zhuǎn)軸頭和被動(dòng)軸承中心距一致且水平，安裝后要求各輥棒是平行的，平時(shí)注意檢查更換。同時(shí)避免輥棒跳動(dòng)，防止軸承磨損間隙大振動(dòng)。同時(shí)，磚坯進(jìn)干燥和窯爐前要上下吹干凈灰塵，以免粘到輥棒上，造成行磚不平。

3.5 干燥方法

對(duì)薄板這種規(guī)格較大的坯體宜采用高溫高濕干燥法，可有效提高熱介質(zhì)的利用率，提高磚坯干燥質(zhì)量。干燥初期，為使坯體內(nèi)外能達(dá)到均勻受熱，可利用高濕度的熱介質(zhì)對(duì)坯體進(jìn)行加熱，不但能限制坯體表層水份的汽化和蒸發(fā)，還可以促進(jìn)坯體表面吸收的熱量逐漸傳向坯內(nèi)，達(dá)到良好的預(yù)熱目的。

當(dāng)坯體內(nèi)外各部位都被均勻預(yù)熱后，再把干燥介質(zhì)的濕度和溫度降低到某一程度，使之順利進(jìn)入排水階段，此時(shí)坯體內(nèi)外溫度基本一致，水份的擴(kuò)散能滿足外擴(kuò)散需求排水能順利進(jìn)行。此時(shí)，坯體排出的水量體積與收縮量體積相對(duì)應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生干燥裂紋缺陷。

在干燥中后期，坯體的顆粒相互靠攏，變化很小或收縮終止，可逐步提高介質(zhì)的溫度，以加快坯體的干燥速度。

坯體配方是基礎(chǔ)，配方中可塑性原料適量，坯體在干燥中“柔韌”性增強(qiáng)，配合合理的干燥制度，薄板不易干燥開裂，同時(shí)保證了干燥后的生坯強(qiáng)度。

3.6 燒成控制

除了上面提到的對(duì)傳動(dòng)的較高要求外，對(duì)薄板的燒成制度方面要注意以下幾點(diǎn)。

3.6.1 窯頭干燥階段

（1）要避免急速升溫，以防止水份蒸發(fā)過快而導(dǎo)致裂紋。

（2）控制好坯體入窯水份，一般要﹤0.5%。

（3）窯爐兩側(cè)邊的輥棒與窯墻間的縫隙一定要密封好，不能有漏風(fēng)現(xiàn)象，以減少因窯內(nèi)負(fù)壓大而漏風(fēng)入窯內(nèi)，從而導(dǎo)致由于窯內(nèi)溫差坯體受熱不勻而產(chǎn)生裂紋。

3.6.2 預(yù)熱階段

在500 ～ 600℃之間應(yīng)緩慢升溫，保證石英晶型安全轉(zhuǎn)變而不產(chǎn)生裂紋。

3.6.3 燒成

（1）盡量保證窯內(nèi)左中右溫度一致。目前煤氣噴槍改進(jìn)了很大，加上前后抽濕、抽熱、助燃、霧化風(fēng)量的控制，使窯內(nèi)溫度更均勻，有利于薄板均勻燒成，不變形。

（2）燒成階段坯體中的液相大量出現(xiàn)，并填充到莫來石骨架中，使坯體氣孔率下降、強(qiáng)度增加，從而達(dá)到瓷化，體積收縮最大。如果玻璃相過大會(huì)軟化坯體的莫來石骨架，從而產(chǎn)生高溫變形。配方中的鋁含量高達(dá)22%左右，有利于坯體高溫強(qiáng)度及抗變形能力，但要注意不要過火燒，注意在適宜的溫度下，保證一定的燒成保溫時(shí)間。

3.7 冷卻階段

（1）進(jìn)入急冷前，坯體溫度不能過高，否則容易引起坯體在進(jìn)入緩冷區(qū)之前未達(dá)到石英晶型轉(zhuǎn)換的溫度要求而出現(xiàn)裂紋。

（2）坯體降到700℃左右，不能直接吹冷風(fēng)，因780℃左右有一相變點(diǎn)，易產(chǎn)生裂紋。

（3）無特殊要求，上下急冷風(fēng)管開度要求一致，盡量保證薄板受熱均勻，避免收縮不一致而產(chǎn)生變形。有的采用耐溫開多孔的急冷風(fēng)管貫穿窯內(nèi)，效果較好。

（4）在緩冷區(qū)（700 ～ 450℃區(qū)），要嚴(yán)格控制降溫速率，因石英在573℃左右發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，體積收縮。此階段在正壓或零壓狀態(tài)下控制，禁止負(fù)壓，以免吸入冷空氣而產(chǎn)生開裂磚。

（5）“強(qiáng)冷區(qū)”（450℃左右到出窯溫度）強(qiáng)冷管的開度應(yīng)由始端向未端逐漸開大，熱風(fēng)抽出口的閘門開度由前向后逐級(jí)開大，促使熱氣流向窯尾移動(dòng)。

4 結(jié)語

薄板對(duì)生產(chǎn)工藝過程提出了更高的要求，坯體配方是基礎(chǔ)，各廠家根據(jù)進(jìn)廠原料情況，摸索調(diào)試出合適配方;針對(duì)薄板的薄、大的特點(diǎn)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的設(shè)備和工藝控制也提出了更高要求。以上探討如有不足之處，懇請(qǐng)各位專家、同行指正。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡飛虎;馮國(guó)娟.陶瓷墻地磚生產(chǎn)技術(shù)[M].武漢理工大學(xué)出版社武漢，2011.

[2] 潘雄.輥道窯調(diào)試與墻地磚缺陷克服[M].佛山陶瓷雜志出版有限公司，2009.