一種新的電錐加工線*
——連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線

張向衛(wèi) 陳維堯 姚禮裕

(福建科福材料有限公司 福建 泉州 362600)

前言

福建省永春縣介福鄉(xiāng)擁有豐富的伊利石型瓷土資源，其遠(yuǎn)景儲(chǔ)量為5 000萬(wàn)t。2012年，福建科福材料有限公司在介福鄉(xiāng)建設(shè)水洗瓷土生產(chǎn)線，生產(chǎn)伊利石型水洗瓷土這種標(biāo)準(zhǔn)原料，并大力推廣其在衛(wèi)生陶瓷原料中的應(yīng)用，大大促進(jìn)了介福鄉(xiāng)水洗瓷土的生產(chǎn)和銷售。目前，介福鄉(xiāng)有水洗瓷土生產(chǎn)企業(yè)20多家，福建科福材料有限公司生產(chǎn)量可達(dá)到年產(chǎn)10萬(wàn)t，全介福鄉(xiāng)水洗瓷土年生產(chǎn)量可達(dá)到36萬(wàn)t。

水洗瓷土產(chǎn)量中的70%供應(yīng)全國(guó)各地的衛(wèi)生陶瓷企業(yè)生產(chǎn)使用，其余部分供應(yīng)福建省德化地區(qū)的日用陶瓷、藝術(shù)陶瓷企業(yè)生產(chǎn)使用。

1 傳統(tǒng)電錐設(shè)備

1.1 水洗瓷土加工工藝流程

對(duì)于伊利石型粘土，往往需要進(jìn)行水洗加工，從而去除雜質(zhì)、減少砂質(zhì)，提高鋁含量，提升性能、穩(wěn)定品質(zhì)，產(chǎn)品稱為伊利石型水洗瓷土。其加工工藝流程如圖1所示。

圖1伊利石型水洗瓷土加工工藝流程

工藝流程中的錐打工序十分重要，是將瓷土原礦使用錐打設(shè)備連續(xù)性錐打數(shù)個(gè)小時(shí)，對(duì)瓷土原礦進(jìn)行破碎和搓捻。通過(guò)錐打達(dá)到了破碎的要求，同時(shí)明顯提高了水洗瓷土的干燥抗折強(qiáng)度和可塑性，是不可替代的伊利石型瓷土的破碎方法。

錐打設(shè)備的傳統(tǒng)方法是以水流為動(dòng)力的水錐和以電力為動(dòng)力的木制電錐破碎方法。

1.2 水錐破碎方法

電錐破碎方法的前身是水錐破碎方法，它是利用流水的動(dòng)力推動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由水輪的軸將動(dòng)力傳給上下運(yùn)動(dòng)的錐頭，從而對(duì)瓷土原礦進(jìn)行破碎(如圖2所示)。由于水的流量隨天氣、季節(jié)有很大的變化，流水的動(dòng)力也不可能帶動(dòng)很多的錐頭，因此，水錐方法已不多見。

圖2 水錐破碎

1.3 木制電錐破碎方法

木制電錐破碎方法是將電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電錐重力勢(shì)能，再通過(guò)電錐的下落產(chǎn)生的沖擊力對(duì)瓷土原礦進(jìn)行粉碎的過(guò)程。單一的錐頭設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 單一錐頭示意圖

一組電錐由電機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)軸、錐桿及錐臼4部分組成。由電機(jī)提供能量，再由動(dòng)力傳動(dòng)軸將能量錯(cuò)位地傳給每個(gè)錐桿，錐桿升起后再降落，其產(chǎn)生的沖擊力對(duì)瓷土原礦進(jìn)行破碎。為了能使錐臼里面的瓷土原礦都能得到錐桿的撞擊破碎，將錐臼底部及邊緣都設(shè)計(jì)成弧形過(guò)渡，錐桿對(duì)錐臼的撞擊產(chǎn)生一個(gè)垂直于錐臼弧壁的力，其分解成豎直方向及水平方向的力：豎直方向的力對(duì)瓷土原礦進(jìn)行撞擊破碎；水平方向的力對(duì)瓷土原礦進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，同時(shí)使錐臼中的瓷土原礦受到水平方向的碾搓。瓷土原礦在錐臼中的翻轉(zhuǎn)示意圖如圖4所示。

依據(jù)傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，26個(gè)錐頭組成一組，由一個(gè)7.5 kW的電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸提供動(dòng)力，其示意圖如圖5所示。

圖4 瓷土原礦翻轉(zhuǎn)示意圖

圖5 一組木制電錐

傳統(tǒng)木制電錐存在以下缺點(diǎn)：

1)制作電錐的材料必須為優(yōu)質(zhì)木料，這種木料既有很大的硬度，又有很強(qiáng)的韌性；錐腦(立桿)長(zhǎng)約1.5 m、截面直徑約20 cm(長(zhǎng)方形為長(zhǎng)25 cm、寬20 cm )，錐桿長(zhǎng)2.4 m，截面 長(zhǎng)25 cm、寬20 cm。這樣又大又好的木料價(jià)格很高，而且很難找到。

2)瓷土原礦分別放入臼中，將錐打好的瓷土原礦分別從臼中取出，都要靠人工作業(yè)，費(fèi)人、費(fèi)力。

3)生產(chǎn)效率低。受木料的限制，錐腦、錐桿都不能做得很大，受木料強(qiáng)度的限制，每次錐打時(shí)，錐桿提起的高度不高，錐打的效果受到限制，是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中生產(chǎn)效率最低的一個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率的提高。

傳統(tǒng)木制電錐已經(jīng)存在近百年，由于衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)行業(yè)使用了水洗瓷土，需求數(shù)量激增，傳統(tǒng)木制電錐的這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響著水洗瓷土的生產(chǎn)，成為不斷提高水洗瓷土的產(chǎn)量、滿足市場(chǎng)需求的絆腳石。

2 一種新的電錐加工線——連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線

為了克服傳統(tǒng)木制電錐存在的缺點(diǎn)，福建科福材料有限公司自2015年12月開始研究制作新的連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線。該電錐加工線完全用鋼材替代了木材制作設(shè)備；單個(gè)電錐提高了錐頭捶打時(shí)下降的高度，提高了錐頭的質(zhì)量，其示意圖如圖6所示。

圖6 連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線中的單個(gè)電錐

連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線是多個(gè)電錐(如12個(gè))串聯(lián)一起使用, 如圖7所示。每個(gè)臼由臼槽連接在一起，整個(gè)臼槽具有一定的斜度，頭部高，尾部低。瓷土原礦在前一個(gè)臼中受到錐打，到一定程度后，沿著臼槽移動(dòng)到下一個(gè)臼中，最后，經(jīng)過(guò)充分錐打的瓷土原礦移動(dòng)到尾部，再送到下一個(gè)工序。

圖712個(gè)電錐串聯(lián)

圖8 連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線喂料裝置

在連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線頭部安裝有喂料裝置，不斷提供原土，如圖8所示。在尾部設(shè)有皮帶輸送機(jī)，自動(dòng)將錐打好的瓷土原礦送至下一工序，如圖9所示。

圖9 連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線出料

新的電錐加工線的主要參數(shù)：

設(shè)備價(jià)格： 單個(gè)錐為2.8萬(wàn)元；

裝機(jī)容量：?jiǎn)蝹€(gè)錐5.5 kW，用于鏈條式傳動(dòng)的錐頭提升；

單錐尺寸：長(zhǎng)1.5 m、寬0.55 m、高5 m,；質(zhì)量400 kg；每分鐘錐打21次；

加工線外形尺寸(一組12個(gè)錐串聯(lián))：長(zhǎng)18 m、寬0.55 m、高5 m；

生產(chǎn)能力(12個(gè)錐串聯(lián))： 每小時(shí)3 t；

操作人員數(shù)量(一組12個(gè)錐串聯(lián))：一組最多1人。

3 新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐的對(duì)比

3.1 新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐主要設(shè)備參數(shù)對(duì)比

表1 主要設(shè)備參數(shù)對(duì)比表

新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐主要設(shè)備參數(shù)對(duì)比見表1。

操作人員數(shù)量：傳統(tǒng)電錐加工線每組需要2人，連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線每組最多需要1人。

由以上可以看出：

1)新的電錐加工線的單錐的生產(chǎn)效率相比傳統(tǒng)木制電錐的單錐提高了7倍；

2)新的電錐加工線比傳統(tǒng)木制電錐節(jié)省操作人員50%；

3)新的加工線的單錐設(shè)備價(jià)格比傳統(tǒng)木制電錐的單錐高3倍，電耗高1倍。

3.2 生產(chǎn)出的水洗瓷土性能的對(duì)比

對(duì)新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐生產(chǎn)出的水洗瓷土的性能做以對(duì)比。

3.2.1 水洗瓷土淘洗率的對(duì)比

水洗瓷土淘洗率的對(duì)比見表2。

表2 水洗瓷土淘洗率的對(duì)比

由表2可以看出，新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐淘洗率相同。

3.2.2 水洗瓷土粒度的對(duì)比

水洗瓷土粒度的對(duì)比見表3。

表3 水洗瓷土粒度對(duì)比(%)

由表3可以看出，新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐粒度一致。

3.2.3 水洗瓷土化學(xué)成分的對(duì)比

水洗瓷土化學(xué)成分的對(duì)比見表4。

表4 水洗瓷土化學(xué)成分對(duì)比(質(zhì)量%)

由表4可以看出，新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐化學(xué)成分相同。

3.2.4 水洗瓷土干燥抗折強(qiáng)度的對(duì)比

水洗瓷土干燥抗折強(qiáng)度的對(duì)比見表5。

表5 水洗瓷土干燥抗折強(qiáng)度的對(duì)比

由表5可以看出，新的電錐加工線與傳統(tǒng)木制電錐干燥抗折強(qiáng)度相同。

4 新的電錐加工線的使用情況

福建科福材料有限公司自2017年4月制作出第一條連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線并投入使用，2017年10月第二條連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線投入使用，2017年12月第三條連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線投入使用。至2018年底，該種設(shè)備共加工瓷土約7.58萬(wàn)噸，生產(chǎn)出伊利石型水洗瓷土約3.79萬(wàn)t。設(shè)備項(xiàng)目的投資在投產(chǎn)后，不到2年的時(shí)間就取得了新增利潤(rùn)的回報(bào)。

經(jīng)過(guò)1年多的使用，與傳統(tǒng)木制電錐相比，連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線表現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)：

1)生產(chǎn)效率極大提高，突破了提高水洗瓷土產(chǎn)量的瓶頸問(wèn)題；

2)節(jié)省了操作人員，明顯減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；

3)設(shè)備完全使用鋼鐵材料制作，取代原先使用的優(yōu)質(zhì)木材，解決了木制電錐的制作難題。

5 結(jié)論

連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線解決了使用近百年的傳統(tǒng)木制電錐存在的不足之處；極大地提高了生產(chǎn)效率；節(jié)省了操作人員，明顯減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；設(shè)備的制作完全使用鋼鐵材料，取代原先使用的優(yōu)質(zhì)木材。連續(xù)式鋼制電錐瓷土加工線是電錐設(shè)備的重大改進(jìn)，在行業(yè)中具有極高的推廣價(jià)值。