粉狀混合材料粘附傳輸設備的解決方案

＊陳瀚乾

（茂名市晶惠石油化工有限公司 廣東 525000）

在工業生產應用中為了降低成本或者提高性能，常會出現各類粉狀無機物和有機物混合生產的材料，如由有機物聚丙烯樹脂粉料和無機物碳酸鈣、云母等粉料混合生產的改性塑料，由無機物水泥、石英砂和有機物乳膠粉、纖維素醚等材料混合生產的瓷磚膠等。由于大部分有機化合物是以共價鍵結合形成分子晶體，大部分無機化合物以離子鍵結合形成離子晶體，兩者之間的極性有很大的區別，分子間的范德華力也根據極性的變化而發生變化，導致生產過程中會出現攪拌不均勻、粘附等現象。本文主要以瓷磚膠[1]為例，對這類材料在生產過程中遇到的問題進行分析，同時提出一種解決方案。

1.研究背景

瓷磚膠是現代裝修中常用的新型材料，具有傳統水泥砂漿數倍的粘結力和良好的柔韌性[2]。瓷磚膠傳統的生產工藝分為稱量、上料、混合和包裝，在混合工序中需要將水硬性膠凝材料[3]、填充骨料、可分散乳膠粉[4]、纖維素醚、木質纖維素和防水劑等添加劑充分混合，最終形成混合粉狀物產品。

目前瓷磚膠的生產通常使用水泥作為水硬性膠凝材料，石英砂、天然砂或礦渣粉等作為填充骨料，醋酸乙酯或苯乙烯-丙烯酸三元共聚物等作為可分散乳膠粉，使用一般的攪拌機進行混合攪拌時，由于石英砂或天然砂等填充骨料粒徑粗細不一，與其他各種原料在混合過程中容易發生粘結殘留，容易在傳輸部位發生堵塞，使混料裝置的內部出現卡料或堵塞等問題[4]。

混料裝置出現卡料或堵塞等問題將會導致需要停機清理，既降低了生產效率，又增加了企業的生產成本。本文以瓷磚膠生產裝置的攪拌系統設備為例，提供一種粉狀無機物和有機物的類瓷磚膠產品材料經混合后粘附傳輸設備的解決方案，以期為同類生產操作人員提供參考。

2.粉狀混合材料粘附傳輸設備的解決方案

（1）瓷磚膠生產工藝介紹。瓷磚膠類粉狀混合材料自動化生產線包含如下設備：原料倉、配料輸送機、計量稱、加量斗、斗式提升機、待料倉、三軸高效混合機、成品倉，包裝機、自動化控制系統[8]。

工藝流程如圖1所示，包含6段生產過程；而控制系統設計總體框圖如圖2所示，分為8個模塊。

圖1 瓷磚膠類粉狀混合材料生產的工藝流程

圖2 瓷磚膠類粉狀混合材料自動化生產控制設計方框圖

在瓷磚膠產品混合生產工序中，起水硬性膠凝材料作用的是水泥[6]，起填充骨料作用的是石英砂，其他化工材料都是做可分散乳膠粉使用。攪拌混合過程中由于填充骨料粒徑大小無法完全統一，固態流體容易發生粘結殘留在釜壁，進而傳輸過程發生堵塞，致使整套傳輸設備出現卡料或堵塞等問題。

（2）新型的瓷磚膠攪拌裝置可防止粉體材料在混合過程粘附設備。本文提出一種技術方案可以用于解決粉狀混合材料粘附傳輸設備的問題，即提出一種新型的瓷磚膠攪拌裝置。

圖3 瓷磚膠混合攪拌裝置的整體結構示意圖

圖4 瓷磚膠混合攪拌裝置的俯視圖

瓷磚膠攪拌機[5]包括進料口、碎料裝置、混料裝置、吸濕裝置和出料口，進料口的上方設置蓋板，進料口的下方設置碎料裝置，碎料裝置下方連接混料裝置，混料裝置包括攪拌機、電機、減速機、攪拌軸、攪拌槳、空氣壓縮機和噴頭[7]，電機連接減速機，減速機連接攪拌軸，攪拌槳分布在攪拌軸上，攪拌軸設置在攪拌機的內部，攪拌機的內壁上分布有噴頭，噴頭連接空氣壓縮機，出料口設置在攪拌機的下側。

碎料裝置包括碎料機、濾網和轉動電機，碎料機包括第一碎料機和第二碎料機，第一碎料機和第二碎料機包括碎料槳，濾網包括第一濾網和第二濾網，第一濾網設置在第一碎料機的上方，第二濾網設置在第一碎料機的下方，第二碎料機設置在第二濾網的下方，轉動電機和碎料槳之間通過轉軸連接。通過設置雙重的碎料和過濾裝置，使體積過大的粗骨料充分破碎成體積符合要求的細骨料，避免粗骨料在攪拌機內結塊，堵塞運輸管道。

濾網的鏤空形狀為方形或圓形。通過設置方形或圓形的鏤空濾網，使體積過大的粗骨料充分破碎成體積符合要求的細骨料，避免粗骨料在攪拌機內結塊，堵塞運輸管道。

攪拌機內設置有雙螺旋攪拌槳。通過設置雙螺旋攪拌槳，提升攪拌效率，使水硬性膠凝材料、填充骨料、可分散乳膠粉、纖維素醚、木質纖維素和防水劑等混合料在攪拌機內實現高效切割混合，使混合料的結塊受力破碎，在出料口得到混合均勻、粉末細度符合生產要求的混合成品。

攪拌機的內壁上設置有加熱裝置，同時也設置有通氣孔。通過加熱裝置使攪拌機內部保持高溫，蒸發混合料內帶有的水分，避免混合料吸水結塊，堵塞運輸管道。

吸濕裝置包括流道、出水口和吸濕器，流道包裹攪拌機的內壁并連接通氣孔，流道上設置有出水口，吸濕器設置在出料口與攪拌機連接處，流道和吸濕器內設置有吸水材料。混合料中的水硬性膠凝材料和可分散乳膠粉等原料易吸水形成漿狀或者吸水產生黏性，在攪拌機內形成殘留結塊，同時產品包裝時需保持干粉狀，在攪拌機外壁流道以及出料口上方的吸濕器內設置吸水材料，保證混合料在攪拌機內不吸濕結塊，產品出料保持干粉狀。

（3）新型瓷磚膠攪拌裝置的先進性。與現有國內普遍的技術相比，本文提出的新型瓷磚膠攪拌裝置有益效果是：在瓷磚膠粉狀物攪拌機中設置帶有蓋板的進料口，防止混合原料吸水結塊以及混合料中粉料飄散，保證生產環境的整潔；設置碎料裝置，保證進料粒徑均勻一致，避免混合原料中粗骨料發生粘結殘留、堵塞進料管道；設置連接空氣壓縮機的噴頭，可以避免混合料在攪拌槳上發生殘留結塊進而卡料，影響混合料在攪拌機內部的傳輸；設置吸濕裝置，避免混合原料中易吸水結塊的成分吸水結塊，粘結殘留在混料裝置內部，堵塞混合原料的傳輸，避免混料裝置內部出現卡料或堵塞等問題。

圖5 瓷磚膠生產自動控制系統結構圖

（4）系統自動控制技術[9]也可防止粉體材料在混合過程粘附設備。自動化、智能化是傳統制造業發展的重要著力點。瓷磚膠、砂漿、水泥等建筑材料制造業存在大量的上、下料工作，但這類產業其自動化程度與汽車制造業相比差距巨大，很大部分企業仍采用人工操作為主的生產方式。企業想要提高生產效率，離不開快速的加工流程，因此避免不了頻繁的人工上、下料。這類產業生產線各個環節的配合銜接要求高，同時各個待加工產品有著指定的加工位置，重復操作會影響操作人員的上、下料精度和效率，另一方面操作人員的工作環境差、勞動強度大和易疲勞也是亟待解決的問題。早期部分企業引入了自動提升機等生產線輔助設備，但其智能化程度不高，仍需要操作人員配合，并不能很好的解決問題。隨著工業機器人制造技術的逐步完善和成本的降低，利用機器人完成搬運、分揀與噴漆等工序的技術日趨成熟，建筑材料制造企業生產線也逐步開始了自動化改造。

本文提出的生產自動控制系統各部件組成為：原料倉、小料倉、計量稱、加量斗、斗式提升機、鏈式提升機、待料倉、三軸高效混合機、成品倉，計量包裝機。其中，原料倉存儲分為3個大料倉和小料倉。

①工作原理。引進PLC控制[10]，如一斗四路全自動混料控制系統，一斗四路全自動混料機是由智能控制系統（PLC）實現全過程自動運行。

運用PLC程序從原料倉中自動取料，兩種大料分別為起水硬性膠凝材料作用的水泥和起填充骨料作用的石英砂，并通過傳送帶將兩種大料同時輸送至配料倉；瓷磚膠配方需要用上4種以上的小料，分別為可分散乳膠粉、纖維素醚、木質纖維素、防水劑和其他，小料需要由工人加入配料倉，并根據PLC程序添加的大料的量，對小料進行配比調整；配料倉的原材料經鏈式提升機輸送至待混倉，等待混合；攪拌機空閑后，PLC程序控制將待混原料注入攪拌機中；充分混合約8min后，輸送至包裝機進行自動包裝。

②電路原理。該自動控制技術可分為一次系統和二次系統。首先一次系統啟動開始進行自檢，自檢完成后由料斗傳感器傳輸信號至數據采集系統，脈沖控制系統輸出信號至1#料繼電器，1#料繼電器閉合，KM1接觸器動作，稱斗1路開始上料。此路料完成，按2#料、3#料、4#料逐一上料直至完成。此時所有設備的空氣開關為常閉狀態。上料完成后攪拌機接觸器動作，攪拌機電機開啟。攪拌機啟動信號傳輸到數據采集系統，配料閥提示警報，此時人工添加配料，添加完成后按小料確認按鈕。數據采集系統收到攪拌信號，由脈沖控制系統輸出信號至提升機繼電器，水平螺旋及提升螺旋接觸器動作。待攪拌達到預設時間，攪拌卸料的接觸器動作，開始卸料。二次系統的線路是由L1、L2、L3三相四線為分級機、喂料器、引風機、數據采集脈沖控制系統、脈沖除塵器提供電源。

經由數據采集MDC采集數據，由MCY脈沖控制系統對各終端設備輸出動作信號。首先接收信號的是壓力傳感器，傳感器感應重量達到預設值，傳感器回傳信號至數據采集系統，再經脈沖控制系統輸出信號給分級機電機啟動。同時，壓力傳感器感應重量達到預設值，混料器啟動。當分級機、混料器都啟動時繼電器閉合，交流接觸器動作，引風機電機啟動。至此，該自動控制系統一次流程完成。

（5）系統自動控制技術的先進性。與現有國內普遍的技術相比，本文描述的自動控制技術的研究具有極大的社會意義和經濟效益，只要在廠房建設的同時，并引入對購置的設備進行自動化改造，依據不同的瓷磚膠配方和原材料的各種物理性質，通過生產線自動化控制系統完成配料、混合、包裝等環節，生產工人操作方便，輔助服務部門工作便利，最有效地利用生產面積，減少人工操作產生的配料比例誤差和錯誤操作，減輕人工操作的勞動強度。

同時也改變了過去瓷磚膠類粉狀混合材料生產線粉塵多，污染大的問題，實現生產線除塵和回收的自動化控制，有效地降低生產車間的粉塵濃度，極大地改善了生產車間的工作環境，提高作業人員的工作效率，有效降低一線職工塵肺病的發病率。而回收的粉塵也可重新用于生產其他砂漿產品，降低原料成本，提高原材料利用率。

3.結束語

通過對新型瓷磚攪拌裝置及系統自動化控制技術的詳細介紹及分析，提出以下幾點關于粉狀混合材料粘附傳輸設備的解決方案：（1）在粉狀混合材料攪拌機中設置帶有蓋板的進料口，防止吸潮及粉料逸散；（2）加設碎料裝置，確保進料均勻；（3）加設空氣噴頭，提高混料效率；（4）加設吸濕裝置，避免結塊粘附；（5）傳統人工或者半自動化生產系統改為全自動控制，提高生產效率，降低粘附幾率。

同時建議生產這類粉狀混合材料的操作及管理人員，除了要嚴格按照規程規范進行，對發現可能影響到生產效率、生產安全的問題還應該本著具體問題具體分析的原則，通過設備改造、工藝改造找尋解決的辦法，為企業的安全、穩定生產提供有力的技術支持。

瓷磚膠、膩子粉、特種砂漿等粉狀混合材料生產線應大力推進智能化、無塵化改造，減少生產過程中的原材料消耗、能源消耗和污染，實現這類傳統的粉狀混合材料制造業產業轉型升級，符合我國可持續發展戰略和高質量發展的方向，對于技術進步、提升勞動力素質、提高企業生產效率、促進產業結構調整、推進工業轉變發展方式等具有重要意義。