陶瓷墻地磚干法造粒幾何參數(shù)與坯料顆粒壓縮度的關(guān)系

江竹亭 ，段 桃 ，黃韓凌燕

(1.景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2. 景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué) 陶瓷美術(shù)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403)

0 引 言

當(dāng)前建筑陶瓷行業(yè)原料制備車(chē)間主要采用“球磨-噴霧”濕法造粒制粉技術(shù)生產(chǎn)坯料顆粒[1]，但該技術(shù)具有高能耗、高污染、高投入、低產(chǎn)出的“三高一低”顯著特征[2]，這與國(guó)家提倡的節(jié)能減排戰(zhàn)略嚴(yán)重相違背[3]。而干法造粒工藝避免了采用球磨研磨、噴霧干燥，因此可以大幅降低能源消耗，是建筑陶瓷行業(yè)原料制備的主要發(fā)展方向之一[4-6]。國(guó)內(nèi)干法造粒制粉工藝制備的陶瓷墻地磚坯料顆粒主要存在坯料顆粒分散性差、壓縮率偏小、組分不均勻、流動(dòng)性偏差等問(wèn)題[7-10]，導(dǎo)致干法造粒制粉技術(shù)在建筑陶瓷行業(yè)一直未受到廣泛認(rèn)可。

在陶瓷墻地磚干法造粒制粉的壓制過(guò)程中，坯體的成形質(zhì)量與坯料顆粒的壓縮度影響較大[11-12]。筆者針對(duì)陶瓷墻地磚干法造粒制粉技術(shù)坯料顆粒壓縮度偏小的問(wèn)題，借助智能粉體物性測(cè)試儀分析建筑陶瓷干法造粒機(jī)筒體傾斜角、葉片安裝高度和主軸偏心率對(duì)坯料顆粒壓縮度的影響。基于測(cè)定的物性參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化陶瓷墻地磚干法造粒制粉機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改善坯料顆粒的物理性能及造粒效果。其研究成果對(duì)今后干法造粒制粉技術(shù)在建筑陶瓷行業(yè)進(jìn)一步推廣具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)分析

1.1 坯料制備

本實(shí)驗(yàn)采用熔劑性原料、可塑性原料、瘠性原料為主要原料。熔劑性原料為鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石、滑石、石灰石、大理石、硅灰石、白云石；可塑性原料為黏土、蒙脫石、高嶺土、膨潤(rùn)土；瘠性原料為石英、石英砂。原料總質(zhì)量為3kg，各原料配比如表1所示。

添加劑主要為增加坯體塑性的鄰苯二甲酸二丁酯、癸二酸二丁酯、油酸、聚乙二醇、磷酸三烷基酯和增加生坯強(qiáng)度的甲基纖維素、木質(zhì)磺酸鹽、聚乙烯醇、黃原膠、聚丙烯酰胺，具體種類(lèi)與配比如表2所示。

本實(shí)驗(yàn)采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的振動(dòng)攪拌式陶瓷干法造粒機(jī)制備陶瓷墻地磚坯料顆粒，坯料顆粒具體制備工藝流程如圖1所示。將所需的熔劑性原料、可塑性原料和瘠性原料按質(zhì)量配比，并初步混合加入造粒室筒體內(nèi)；再往造粒添加劑原料中加270 ml水混合制成造粒霧化添加劑備用；待造粒粉體充分混合均勻，將霧化添加劑加入造粒室筒體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)造粒粉體造粒效果；造粒結(jié)束將坯料顆粒卸出造粒室筒體待檢測(cè)分析。

表1 建筑陶瓷原料的配方重量百分比Tab.1 Formula weight percentage of building ceramic raw materials

表2 建筑陶瓷原料的添加劑百分比Tab.2 Percentage of additives in building ceramic raw materials

1.2 檢測(cè)分析

本實(shí)驗(yàn)采用的檢測(cè)儀器為智能粉體物性測(cè)試儀(型號(hào)BT-1001，丹東百特儀器有限公司)，基于筒體傾斜角、葉片安裝高度和主軸偏心率幾何參數(shù)不同，制備相應(yīng)的陶瓷墻地磚坯料顆粒，并對(duì)坯料顆粒的松裝密度、振實(shí)密度和壓縮度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)分析流程圖如圖2所示。通過(guò)對(duì)壓縮度的測(cè)量分析，從而判定筒體傾斜角、葉片安裝高度和主軸偏心率對(duì)坯料顆粒壓縮度的影響。基于壓縮度的最優(yōu)值，優(yōu)化筒體傾斜角、葉片安裝高度和主軸偏心率幾何參數(shù)，從而改善造粒效果。

圖1 坯料制備工藝流程圖Fig.1 Process fl ow chart of blank preparation

圖2 檢測(cè)分析流程圖Fig.2 Flow chart of detection and analysis

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 筒體傾斜角對(duì)壓縮度的影響分析

圖3為筒體傾斜角與坯料顆粒的壓縮度關(guān)系曲線圖。從圖3分析可知：當(dāng)筒體傾斜角為0 °時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為10.6%；當(dāng)筒體傾斜角為15 °時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為11.7%；當(dāng)筒體傾斜角為30 °時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為13.3%；當(dāng)筒體傾斜角為45 °時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為12.1%；當(dāng)筒體傾斜角為60 °時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為9.7%。造粒室筒體傾斜角從0°到60°變化時(shí)，坯料顆粒的壓縮度先增大后減小，且當(dāng)筒體傾斜角為30 °時(shí)，坯料顆粒的壓縮度最大。

2.2 葉片安裝高度與壓縮度分析

圖3 筒體傾斜角與壓縮度的關(guān)系Fig.3 Relation between the angle of the cylinder and the degree of compression

圖4 葉片安裝高度與壓縮度的關(guān)系Fig.4 Relation between the height of blade installation and the degree of compression

圖4 為葉片安裝高度與坯料顆粒的壓縮度關(guān)系曲線圖。由圖4分析可知：當(dāng)葉片安裝高度為5 mm時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為8.6%；當(dāng)葉片安裝高度為10 mm時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為10.8%；當(dāng)葉片安裝高度為15 mm時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為12.5%；當(dāng)葉片安裝高度為20 mm時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為11.3%；當(dāng)葉片安裝高度為25 mm時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為8.9%。葉片安裝高度從5 mm到25 mm變化時(shí)，坯料顆粒的壓縮度先增大后減小，且當(dāng)葉片安裝高度為15 mm時(shí)，坯料顆粒的壓縮度最大。

2.3 主軸偏心率與壓縮度分析

圖5為主軸偏心率與坯料顆粒的壓縮度關(guān)系曲線圖。由圖5分析可知：當(dāng)主軸偏心率為0時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為9.4%；當(dāng)主軸偏心率為0.15時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為11.6%；當(dāng)主軸偏心率為0.25時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為13.7%；當(dāng)主軸偏心率為0.35時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為12.1%；當(dāng)主軸偏心率為0.45時(shí)，坯料顆粒的壓縮度為10.3%。主軸偏心率從0到0.45變化時(shí)，坯料顆粒的壓縮度先增大后減小，且當(dāng)主軸偏心率為0.25時(shí)，坯料顆粒的壓縮度最大。

圖5 主軸偏心率與壓縮度的關(guān)系Fig.5 Relation between the eccentricity ratio of the main shaft and the degree of compression

3 結(jié) 論

⑴本實(shí)驗(yàn)通過(guò)智能粉體物性測(cè)試儀分別檢測(cè)陶瓷干法造粒機(jī)筒體傾斜角、葉片安裝高度和主軸偏心率不同幾何參數(shù)所造坯料顆粒壓縮度，依據(jù)得出的壓縮度，進(jìn)而優(yōu)化陶瓷干法造粒機(jī)筒體傾斜角、葉片安裝高度和主軸偏心率的幾何參數(shù)數(shù)值，在一定程度上得出最佳組合。

⑵在陶瓷墻地磚干法造粒過(guò)程中，改變建筑陶瓷干法造粒機(jī)筒體傾斜角、葉片安裝高度和主軸偏心率的幾何參數(shù)有助于提高坯料顆粒的壓縮度，改善造粒效果。由實(shí)驗(yàn)綜合分析可得：當(dāng)建筑陶瓷干法造粒機(jī)筒體傾斜角為30 °、葉片安裝高度為15 mm、主軸偏心率為0.25時(shí)，坯料顆粒整體壓縮度最優(yōu)，造粒效果最好。