陶瓷墻地磚干法造粒機主軸偏心率對造粒效果的研究 *

李建華

(咸陽金宏通用機械有限公司 陜西 咸陽 712000)

國外于20世紀90年代開始研究開發陶瓷磚干法制粉工藝技術及裝備。德國的Erich公司，開發研究了干法制粉工藝技術及裝備，研制出不同類型的干法細磨設備及造粒機。目前，意大利的LB公司、GMV公司、M.S公司也相繼開發研制出不同類型的干磨設備、造粒設備，依據各自設備的特點，設計開發了不同類型的干法制粉工藝生產線。

在國內70年代，噴霧干燥濕法工藝進入陶瓷行業。咸陽陶瓷研究設計院率先研制成功了離心式噴霧干燥工藝，后來又研究成功了壓力式噴霧干燥工藝，然而這種工藝一次性投資費用高、能耗大的不足也制約著其推廣應用。20世紀90年代，咸陽陶瓷研究設計院研發出國內第一代干法造粒機，隨后生產出五十余臺在西南西北地區使用，與破碎機、雷蒙磨相結合，生產出最大規格500 mm×500 mm，吸水率6%左右的彩釉磚制品。隨著工藝的不斷發展，咸陽陶瓷研究設計院將干法工藝與濕法工藝的產品質量進行比較，得出結論：兩者質量幾乎等同。2012年，咸陽陶瓷研究設計院作為"陶瓷磚新型干法短流程工藝關鍵技術與示范"項目負責單位，承擔了國家"十二五"科技支撐計劃，把該項目的重要性提升到了國家科技計劃層面，此項目已成功通過國家驗收。

1 干法制粉工藝

1.1 概述

干法制粉工藝流程圖如圖1所示：

各種原料經過研磨后，按配方混合均勻細粉料進入造粒機，在造粒機中加入10%～12%的相對水分，進行“過濕”造粒之后進入流化床干燥器干燥至6%～8%的相對水分，同時流化床干燥器系統的收塵系統將未造粒的細粉回收，重新進入造粒機系統。干燥后的粉料經篩分裝置過篩，篩上大顆粒經優化整粒，與篩下合格料一同進入料倉陳腐，供生產壓型使用。

圖1 干法制粉工藝流程圖

1.2 干法制粉優勢

干法制粉與濕法制粉生產工藝技術相比，其優點是節能。據干法制粉節能預測計算得知，按每套(30T型號)系統全年生產粉料193 500 t計算，全年可以節約電量643.2萬 kW·h，熱能節約原煤138 942 t。減排情況：根據標煤排放系數2.631，每年可減少二氧化碳、二氧化硫及氮氧化合物排放累計約238 288 t。2016年，淄博新空間陶瓷有限公司已建成日產15 000 m2的高檔陶瓷磚干法短流程示范線。其示范線的數據顯示，干法相對濕法工藝而言，綜合節能大約60%，節水80%。相比之下，干法制粉工藝優勢具體表現在以下三個方面：①由于蒸發水量節約80%，所以最終導致生產過程中節約電耗20%，節約熱耗65%;②干法制粉生產技術一次性投資僅為噴霧干燥制粉工藝流程的70%左右;③坯體強度大，機械強度較高，有利于實現陶瓷磚一次燒成和快速燒成，更進一步提高生產過程的節能量。

1.3 技術難點

目前國內的造粒方式都為增濕造粒，常見的是加濕后強力攪拌。若是粉料顆粒太硬，后續生產環節參數不變，壓制時仍采用膠模模具，壓制時會壓不破，影響產品質量。除此之外，造粒工藝不成熟，還會致使粉料顆粒大小不一，當小顆粒烘干之后，大顆粒中往往還保留了大量的水分，燒成時釉面就會出現一些缺陷。

1.4 造粒設備的研究開發

陶瓷墻地磚干法制粉工藝技術其關鍵設備為干法造粒機設備。目前國內外研發的干法造粒機根據造粒原理和機體本身結構的不同，有臥式造粒機，立軸式造粒機，輥筒式造粒機，盤式造粒機等，各種造粒機設備制備粉料顆粒性能存在著差異，用于不同的工藝領域。

通過比較國內外相關領域的造粒設備。咸陽陶瓷研究設計院研發了一種懸浮態新型造粒機，其原理為通過氣流分散粉末原料，由高壓泵提供的霧化水濕化液體，濕化液體(水核)的表面張力吸附、團聚干細粉，形成微顆粒包裹料，當其重量大于氣體懸浮力時，下落到旋轉的整粒盤，再經過整粒盤產生的機械力(離心力)的強化、整合、優化，形成顆粒料。當顆粒料達到一定的粒徑和重量時，依靠整粒盤的離心作用，粉料顆粒從出料口流出。這種造粒方式制備顆粒粉料，其先進性在于粉料的性能可依據生產需要進行調整。顆粒大小可通過調整風機的風壓和風量，改變造粒塔內的氣流場分布，進而改變塔內氣流對形成顆粒料的懸浮力，當顆粒料的重力大于懸浮力時，顆粒粉料會下落塔體下部的整粒盤。當顆粒料下落盤中時，通過改變整粒盤的轉速，對顆粒整形，達到需要的強度和光潔度，以保證流動性，使顆粒粉料的性能達到最優化狀態。

2 陶瓷墻地磚干法造粒機主軸偏心率對造粒效果的研究

筆者結合多年對干法造粒制粉工藝的研究，基于干法造粒制粉技術存在的難點，通過對現有的干法造粒制粉機轉軸偏心率進行優化，從而在一定程度上改善顆粒的級配分布不均勻性問題，其研究結果對陶瓷墻地磚干法造粒制粉機的進一步推廣具有一定的工程指導意義。

圖2 干法造粒試驗裝置示意圖

結合當前陶瓷墻地磚干法造粒制粉機造粒方式，將原料細粉滾壓成符合陶瓷墻地磚原料生產要求。其試驗樣機如圖 2所示，其工作原理主要是超聲波霧化噴嘴將霧化液滴(粘結劑、添加劑等液體)彌散在造粒室(2)，攪拌葉片(3)、鉸刀(4) 將加入造粒室內的細粉體在霧化液滴的作用下攪拌滾壓成 20 ～ 80 目的粗顆粒，最終過篩獲取符合要求的陶瓷墻地磚壓制原料。

2.1 實驗材料及測試器材

(1)實驗材料。將陶瓷墻地磚原料分為硬質原料(長石、石英、大理石等)與軟質原料(黏土、高嶺土、膨潤土等)。首先將硬質原料按照坯體要求配比研磨至平均粒徑在 200 ～500 μm，再加入研磨助劑，將硬質原料、軟質原料按坯體要求配比在立磨中研磨至粒徑在 10 μm 左右，待干法造粒試驗原料使用。在造粒過程中，需要按坯體要求配制造粒添加溶劑，加入水中配成質量濃度為 4% 左右的造粒添加溶劑；其中，造粒添加溶劑是由質量比為(10 ～ 15)∶(20 ～ 25)∶(15～ 30)∶(20 ～ 50)的海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸甲酯構成。

(2)測試器材。實驗過程中主要是測試顆粒級配均勻性分布問題，即實驗儀器主要是 20 目、30 目、40 目、50 目、60 目、70 目、80 目的粒度分析篩各兩個，對各個階段的顆粒級配進行測試，從而了解顆粒的級配分布是否均勻(見圖5)。

2.2 實驗結果分析

當轉軸偏心率 e1=0.15 時，級配分布如下圖 3 所示。粒徑在 20 ～ 80 目之間的為有效顆粒，其所占質量百分比為 79.5%，且粒徑在20 ～ 80 目級配均勻性較差。

圖3 顆粒粒徑分布

當轉軸偏心率 e2=0.25 時，級配分布如圖 4 所示。粒徑在 20 ～ 80 目之間的為有效顆粒，其所占質量百分比為 85.5%，且粒徑在 20～ 80 目級配均勻性得到了較大的改善。

圖4 顆粒粒徑分布

圖5 顆粒粒徑分布

當轉軸偏心率 e3=0.35 時，級配分布如圖 5 所示。粒徑在 20 ～ 80 目之間的為有效顆粒，其所占質量百分比為 79.4%，且粒徑在 20～ 80 目級配均勻性未得到改善，反而級配均勻性更差。

2.3 實驗結果分析

實驗結果表明：當偏心率為 0.15、0.25、0.35 時，顆粒的有效質量百分比依次為 79.5%、85.5%、79.4%，且當偏心率為 0.25 時，顆粒級配均勻性最佳。該研究結果對陶瓷墻地磚干法造粒制粉技術在陶瓷行業進一步完善具有一定的指導意義。