一種新的電錐加工線*
——連續式鋼制電錐瓷土加工線

張向衛 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擁有豐富的伊利石型瓷土資源，其遠景儲量為5 000萬t。2012年，福建科福材料有限公司在介福鄉建設水洗瓷土生產線，生產伊利石型水洗瓷土這種標準原料，并大力推廣其在衛生陶瓷原料中的應用，大大促進了介福鄉水洗瓷土的生產和銷售。目前，介福鄉有水洗瓷土生產企業20多家，福建科福材料有限公司生產量可達到年產10萬t，全介福鄉水洗瓷土年生產量可達到36萬t。

水洗瓷土產量中的70%供應全國各地的衛生陶瓷企業生產使用，其余部分供應福建省德化地區的日用陶瓷、藝術陶瓷企業生產使用。

1 傳統電錐設備

1.1 水洗瓷土加工工藝流程

對于伊利石型粘土，往往需要進行水洗加工，從而去除雜質、減少砂質，提高鋁含量，提升性能、穩定品質，產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備連續性錐打數個小時，對瓷土原礦進行破碎和搓捻。通過錐打達到了破碎的要求，同時明顯提高了水洗瓷土的干燥抗折強度和可塑性，是不可替代的伊利石型瓷土的破碎方法。

錐打設備的傳統方法是以水流為動力的水錐和以電力為動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，它是利用流水的動力推動水輪轉動，由水輪的軸將動力傳給上下運動的錐頭，從而對瓷土原礦進行破碎(如圖2所示)。由于水的流量隨天氣、季節有很大的變化，流水的動力也不可能帶動很多的錐頭，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的機械能轉化成電錐重力勢能，再通過電錐的下落產生的沖擊力對瓷土原礦進行粉碎的過程。單一的錐頭設計如圖3所示。

圖3 單一錐頭示意圖

一組電錐由電機、動力傳動軸、錐桿及錐臼4部分組成。由電機提供能量，再由動力傳動軸將能量錯位地傳給每個錐桿，錐桿升起后再降落，其產生的沖擊力對瓷土原礦進行破碎。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計成弧形過渡，錐桿對錐臼的撞擊產生一個垂直于錐臼弧壁的力，其分解成豎直方向及水平方向的力：豎直方向的力對瓷土原礦進行撞擊破碎；水平方向的力對瓷土原礦進行翻轉，同時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示意圖如圖4所示。

依據傳統的生產經驗，26個錐頭組成一組，由一個7.5 kW的電機通過傳動軸提供動力，其示意圖如圖5所示。

圖4 瓷土原礦翻轉示意圖

圖5 一組木制電錐

傳統木制電錐存在以下缺點：

1)制作電錐的材料必須為優質木料，這種木料既有很大的硬度，又有很強的韌性；錐腦(立桿)長約1.5 m、截面直徑約20 cm(長方形為長25 cm、寬20 cm )，錐桿長2.4 m，截面 長25 cm、寬20 cm。這樣又大又好的木料價格很高，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，費人、費力。

3)生產效率低。受木料的限制，錐腦、錐桿都不能做得很大，受木料強度的限制，每次錐打時，錐桿提起的高度不高，錐打的效果受到限制，是整個生產環節中生產效率最低的一個環節，嚴重制約了生產效率的提高。

傳統木制電錐已經存在近百年，由于衛生陶瓷生產行業使用了水洗瓷土，需求數量激增，傳統木制電錐的這些缺點嚴重影響著水洗瓷土的生產，成為不斷提高水洗瓷土的產量、滿足市場需求的絆腳石。

2 一種新的電錐加工線——連續式鋼制電錐瓷土加工線

為了克服傳統木制電錐存在的缺點，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備；單個電錐提高了錐頭捶打時下降的高度，提高了錐頭的質量，其示意圖如圖6所示。

圖6 連續式鋼制電錐瓷土加工線中的單個電錐

連續式鋼制電錐瓷土加工線是多個電錐(如12個)串聯一起使用, 如圖7所示。每個臼由臼槽連接在一起，整個臼槽具有一定的斜度，頭部高，尾部低。瓷土原礦在前一個臼中受到錐打，到一定程度后，沿著臼槽移動到下一個臼中，最后，經過充分錐打的瓷土原礦移動到尾部，再送到下一個工序。

圖712個電錐串聯

圖8 連續式鋼制電錐瓷土加工線喂料裝置

在連續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。在尾部設有皮帶輸送機，自動將錐打好的瓷土原礦送至下一工序，如圖9所示。

圖9 連續式鋼制電錐瓷土加工線出料

新的電錐加工線的主要參數：

設備價格： 單個錐為2.8萬元；

裝機容量：單個錐5.5 kW，用于鏈條式傳動的錐頭提升；

單錐尺寸：長1.5 m、寬0.55 m、高5 m,；質量400 kg；每分鐘錐打21次；

加工線外形尺寸(一組12個錐串聯)：長18 m、寬0.55 m、高5 m；

生產能力(12個錐串聯)： 每小時3 t；

操作人員數量(一組12個錐串聯)：一組最多1人。

3 新的電錐加工線與傳統木制電錐的對比

3.1 新的電錐加工線與傳統木制電錐主要設備參數對比

表1 主要設備參數對比表

新的電錐加工線與傳統木制電錐主要設備參數對比見表1。

操作人員數量：傳統電錐加工線每組需要2人，連續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效率相比傳統木制電錐的單錐提高了7倍；

2)新的電錐加工線比傳統木制電錐節省操作人員50%；

3)新的加工線的單錐設備價格比傳統木制電錐的單錐高3倍，電耗高1倍。

3.2 生產出的水洗瓷土性能的對比

對新的電錐加工線與傳統木制電錐生產出的水洗瓷土的性能做以對比。

3.2.1 水洗瓷土淘洗率的對比

水洗瓷土淘洗率的對比見表2。

表2 水洗瓷土淘洗率的對比

由表2可以看出，新的電錐加工線與傳統木制電錐淘洗率相同。

3.2.2 水洗瓷土粒度的對比

水洗瓷土粒度的對比見表3。

表3 水洗瓷土粒度對比(%)

由表3可以看出，新的電錐加工線與傳統木制電錐粒度一致。

3.2.3 水洗瓷土化學成分的對比

水洗瓷土化學成分的對比見表4。

表4 水洗瓷土化學成分對比(質量%)

由表4可以看出，新的電錐加工線與傳統木制電錐化學成分相同。

3.2.4 水洗瓷土干燥抗折強度的對比

水洗瓷土干燥抗折強度的對比見表5。

表5 水洗瓷土干燥抗折強度的對比

由表5可以看出，新的電錐加工線與傳統木制電錐干燥抗折強度相同。

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式鋼制電錐瓷土加工線并投入使用，2017年10月第二條連續式鋼制電錐瓷土加工線投入使用，2017年12月第三條連續式鋼制電錐瓷土加工線投入使用。至2018年底，該種設備共加工瓷土約7.58萬噸，生產出伊利石型水洗瓷土約3.79萬t。設備項目的投資在投產后，不到2年的時間就取得了新增利潤的回報。

經過1年多的使用，與傳統木制電錐相比，連續式鋼制電錐瓷土加工線表現出以下優點：

1)生產效率極大提高，突破了提高水洗瓷土產量的瓶頸問題；

2)節省了操作人員，明顯減輕了勞動強度；

3)設備完全使用鋼鐵材料制作，取代原先使用的優質木材，解決了木制電錐的制作難題。

5 結論

連續式鋼制電錐瓷土加工線解決了使用近百年的傳統木制電錐存在的不足之處；極大地提高了生產效率；節省了操作人員，明顯減輕了勞動強度；設備的制作完全使用鋼鐵材料，取代原先使用的優質木材。連續式鋼制電錐瓷土加工線是電錐設備的重大改進，在行業中具有極高的推廣價值。