連續式干法造粒工藝及顆粒優化技術的研究*

閻蛇民　陶曉文　成智文　胡小敏

(咸陽陶瓷研究設計院　陜西 咸陽　712000)

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連續式干法造粒工藝及顆粒優化技術的研究*

閻蛇民陶曉文成智文胡小敏

(咸陽陶瓷研究設計院陜西 咸陽712000)

通過對連續式干法造粒機組不斷的實踐，實現了在負壓條件下形成閉環連續式生產，產品顆粒具有成球率高，顆粒級配合理、無殘存硬顆粒。分析了新型干法造粒的成球機理，著重探討了新型連續式干法造粒工藝參數與成粒質量的關系，對造粒機等關鍵設備工藝控制提出了新的思路。

干法造粒短流程流動性

干法制粉工藝是未來建筑陶瓷生產的技術典范。目前國內大型墻地磚自動化生產線均采用噴霧干燥濕法制粉工藝：配方原料經濕法球磨達到一定細度后入均化泥漿池，經壓力式噴霧干燥塔噴霧造粒，制成空心球粒。采用濕法制粉工藝技術制備的粉料可滿足大噸位自動壓機的要求，可生產出高質量、高檔次的產品，但該工藝一次性投資較大、能耗高。國內近年來相繼開發了不少干法生產機組，試圖縮短與濕法噴霧制粉工藝研究上的差距,但由于采用落后的強力攪拌造粒法，致使造粒粉硬顆粒太多,壓制后產品表面“爆裂紋”較多而難以推廣應用。筆者結合對新型連續式干法造粒機組開發和調試，初步探討了干法造粒的成球機理，探索出在生產過程中工藝參數對造粒質量的影響因子。徹底解決了現有干法造粒機組生產出的造粒粉質過硬、壓制表面不光滑及產量小、造粒機無法連續式生產等缺陷。

1　實驗過程

制粒機組包括粉料增濕工段、連續式顆粒整粒工段及粒子烘干工段，具體工藝過程見圖1。從前端均化料倉取配方料80 t，經送粉風機及給料機送入增濕倉進行充分霧化，與此同時按比例逆向噴入霧化水，粉料與水接觸團聚成粗粒子，而后從增濕倉底部進入整粒工段，控制整粒機的電機轉速及負壓，粒子在盤中旋轉，擠壓，搓合最終成圓球度較好，硬度合適的造粒粉。經優化電機轉速、風機負壓等參數，可制成符合壓制級配的實心造粒粉，臺時產量為6～10 t/h。測試粉料的顆粒級配、含水量、流動性及粉料容重，最終將造粒粉壓制成500 mm×500 mm的仿古磚并測試其燒成收縮及外觀性能等。

圖1　干法工藝流程圖

2　實驗結果討論

2.1粉料增濕水量對干法制粉成球質量的影響

干法造粒本身是一種過濕造粒的過程，圖2和表1分別說明了不同水分含量條件下對造粒成球質量的影響，當粉料增濕水量小于8%時，則未成球細粉(≤80目)超過44%，成球率極低；隨著增濕水分的提高，中顆粒(30～80目)顯著增多，成球率提高，成球粒子圓球度也明顯改善。另外，從表1可以看出，粒度在60～80目時隨增濕水量的增加變化不大，但細顆粒隨水含量增加顯著減小；當增濕水>15.0%時，大顆粒增加顯著，并且粘壁，不利于機組正常工作，綜合各種因素，確定增濕在13.5%時，成球質量最佳，30～80目顆粒成球率最高。從以上實驗數據可知，增濕水對成球質量影響極大，粉料在增濕塔內自上而下高速離心霧化，增濕水在一定壓力下經霧化后逆向與粉料顆粒接觸增濕；水量越大，顆粒增濕后形成母核的幾率會大大增加，顆粒之間碰撞形成“液橋”，進而團聚，在重力作用下，墜落在增濕塔底部。

表1　不同水分含量對顆粒大小的影響

圖2　增濕水含量對顆粒大小的影響

2.2霧化水壓力對干法制粉成球質量的影響

表2　不同水壓對顆粒大小分布的影響

干法制粉關注的是20～80目成球顆粒的累計量，可簡單的用有效成球率表示(有效成球率=20～80目篩分累計量/總量)，霧化壓力對顆料組成影響極大。

從表2可以看出，當霧化壓力為0.4 MPa時，成球率只有48%；而當霧化壓力達到0.8 MPa時，成球率最大為78.95%；但霧化壓力超過1.0 MPa時，有效成球率反而減小。這主要是因為在增濕塔內，水壓越大，霧化半徑就越大，粉料能得到充分潤濕，當霧化壓力過量后，水的霧化半徑超過粉料離心霧化半徑，造成粉料粘壁及20目以上無效大顆粒過多，因此水壓不能過大，霧化噴頭標準壓力在85%為宜。

2.3整粒機轉速對干法制粉成球質量的影響

干法造粒機組為兩步式造粒：粉料在增濕塔內為一次造粒；在整粒機內為二次造粒。粉料在增濕塔內經增濕、碰撞、成核、團聚形成的一次造粒粉，顆粒直徑小、松散、強度低，必須在整粒機組內離心強化，并提高粒子圓球度和表面光滑度，部分小粒子在整粒機內經粘合，擠壓變成大顆粒；當二次造粒粉的尺寸及圓球度達到試驗要求后，在離心力的作用下，會沿離心盤切線方向自動甩出，從而完成二次造粒。因此離心盤轉速的大小也直接影響著顆粒分布，轉速大，離心力大，小顆粒多；而當離心盤轉速小時，離心力較小，離心強化時間長，會造成大顆粒增多，造粒粉因離心強化過大從而導致粒子堅硬，不利于墻地磚坯體壓形。

表3　粒子級配及相關性能參數

經實驗研究，離心盤設計成特珠結構，其轉速在200轉/min左右為宜。表3為200轉/min時最佳顆粒分布，圖3為顆料在40倍放大鏡下的造粒粉表觀圖。

圖3　干法粒子在放大鏡下表觀圖(40×)

2.4連續式干法造粒工藝成球原理的探討

連續式干法造料機組成球機理主要是增濕成核，離心強化。從工藝上可分為兩次造粒，一次造粒在增濕塔內完成；二次造粒在整粒機組上完成。對于仿古磚配方料，當物料潤濕度達到最大結合水時，理論上粉料就開始成球，粉料表面在毛細管力作用下，使相互碰撞的顆粒聚集形成母核，粉料霧化力越大，顆粒單位時間內碰撞的機率越高，當母核增長到一定尺寸后，其重力大于浮力，顆粒則在重力作用下墜入離心盤上從而完成一次造粒。在離心盤的作用下，一次造粒的顆粒由于直徑小、松散、強度低，必須在整粒機組內經離心盤離心強化，以提高粒子園度和表面光滑度，部分小離子在整粒機內經粘合，擠壓變成大顆粒，當二次造粒粉的尺寸及圓度達到本試驗要求后，在離心力的作用下，會沿離心盤切線方向自動甩出，從而完成二次造粒。

影響成球的因素主要有以下幾個方面：

1)配方料的粘土含量越高，粉料的親水性越好，毛細粘接力就越大，增濕造粒的成球性就越好。

2)增濕水量的大小及霧化壓力對成球性影響也很大，水量增大顆粒之間粘接力加大，易于成球，霧化壓力大，則霧化半徑增大，細粉能更好地潤濕，成球率提高。但過多的水量容易產生大顆粒，很容易使母球粘壁，從而堵塞設備。

3)原料細度越細，則顆粒之間排列越緊密，毛細粘接力越強，球體強度越高。

4)離心盤轉速越大，則20～100目的顆粒分布越集中，有效成球率越高，實際生產中可合理調整離心盤轉速及出料高度。

5)系統負壓對成球質量的影響也不可忽視，負壓過大，細粉容易被抽走，會造成離心盤二次造粒失效，球體在離心盤中因尺寸增長緩慢而徘徊時間過長，生產效率低下，同時也增加末端旋風收塵器的負荷。

3　結論

由于采用機電一體化對各參數實行動態控制，實現了機組內的閉環自動化控制。霧化后的細粉料與霧化水在增濕塔體內均勻增濕形成顆粒核，顆粒核在離心盤的作用下，顆粒間相互劇烈碰撞、摩擦、擠壓滾大，使顆粒強度增加，顆粒核連續往復，離心強化后自動甩出,顆粒強度適中、無硬顆粒且表面光滑、圓球度好。本機組可連續生產，產量高(臺產量6～10 t/h)，顆粒粒徑可調，可滿足大型墻地磚短流程生產需求。

1陶曉文.陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術的研究[J].全國性科技核心期刊——陶瓷,1996(2):11～15

2翟富勤,李成波.增濕造粒機結構改進與工藝參數調整[J].全國性科技核心期刊——陶瓷,1999(2):30～33

3蔡祖光.陶瓷墻地磚的干法制粉生產技術[J].全國性科技核心期刊——陶瓷,2003(5):30～31

4于世超,李輝.兩種不同工藝制備陶瓷磚坯體粉料的物理性能[J].硅酸鹽通報,2013(5):961～964

閻蛇民(1965-)，本科，教授級高級工程師；主要從事工業陶瓷的研究。

TQ174

A

1002-2872(2016)02-0027-03

*國家支撐計劃項目，項目名稱：陶瓷磚新型干法短流程工藝關鍵技術與示范(項目編號：2013BAF09B02)。