關于釉面發泡陶瓷板粘輥堵窯問題的解析

摘 要：文章從釉面發泡陶瓷板坯體配方、背底耐火底漿、窯爐傳動輥棒耐火涂料、板坯體質量、燒成工藝及裝備等五個方面解析了釉面發泡陶瓷板粘輥堵窯問題，提出配方設計、工藝管控和窯爐及輥棒管理是解決問題根本。

關鍵詞：釉面發泡陶瓷板；粘輥堵窯；生產管理；配方設計；工藝管控；輥棒管理

問：韓工，我廠生產釉面發泡陶瓷板，兩個月來頻繁發生粘輥堵窯事故，請問是什么原因？

答：釉面發泡陶瓷板粘輥堵窯事故的發生，可以追溯到釉面發泡陶瓷板配方問題，釉面發泡陶瓷板背底耐火底漿問題，窯爐傳動輥棒耐火涂料問題，釉面發泡陶瓷板坯體質量問題，釉面發泡陶瓷板燒成工藝及裝備問題等五個方面，下面一一分析之。

1.釉面發泡陶瓷板配方問題

釉面發泡陶瓷板配方目前有兩種生產技術體系，一種是以拋光廢渣為主體原料的釉面發泡陶瓷板生產技術體系，譬如廣東佛山鷹牌陶瓷的專利CN102249694B 一種輕質陶瓷磚的生產方法[1]；另一種是以珍珠巖微粉為主體原料的釉面發泡陶瓷板生產技術體系，譬如信陽方浩的專利CN102603356B一種保溫裝飾陶瓷板及其生產方法[2]。

專利CN102249694B沒有外加發泡劑和發泡助劑，是以拋光廢渣、廢磨塊中含有的碳化硅、氮化硅磨料作為還原發泡劑，以原料中含有的過渡金屬氧化物——三氧化二鐵、氧化鈦、氧化錳、氧化鉻為氧化發泡劑，以氯氧鎂水泥中的結合水和氯氧鎂為助泡劑和結殼劑。生產時采用傳統輥道窯，由于硅、鋁含量較高，燒成溫度在1195℃～1215℃間，燒成周期短，在50min～90min，斷裂模數高。

專利CN102603356B是以珍珠巖、沸石、凝灰巖為主體原料，以碳化硅收塵粉（2μm和5μm）作為還原發泡劑，以原料中含有的過渡金屬氧化物——三氧化二鐵、氧化鈦為氧化發泡劑，以珍珠巖中的結合水和螢石為助泡劑和結殼劑。生產時采用特制輥道窯，由于硅、鋁含量較低、鉀鈉含量高，玻璃相較高，燒成溫度較低在1150℃～1180℃間，由于珍珠巖、沸石干燥敏感，泥漿含水率較高、粉料細粉較多，燒成周期較長，一般在3個小時左右，斷裂模數低，板比較脆。

兩大配方體系盡管都有耐火殼體保護，不至于發生粘輥堵窯，但是耐火殼體也不是萬能的，尤其是反殼體物質的存在對耐火殼體形成和破壞都是致命的。譬如在專利CN102249694B技術方案中，氯化硅和氯化氫氣相遇到堿金屬氧化物或離子，就會形成穩定的氯化鈉、氯化鉀等穩定化合物，就會導致耐火殼體被破壞，就如在傷口上撒鹽，很快撕裂保護膜，發生粘輥堵窯[3]。同樣，如果技術方案中氯氧鎂水泥中的結合水量不足或者磨塊結合劑不是用氯氧鎂水泥，就無法形成耐火硬殼或者耐火硬殼的厚度不足以抵抗內外部的侵蝕，保護就會失效，繼而發生粘輥堵窯。專利CN102603356B中，如果改變了配方結構，譬如用不含結合水的礦物或固廢——磨邊粉、廢玻璃、赤泥等替代珍珠巖，同樣導致無法形成耐火硬殼或者形成的耐火硬殼不足以抵抗侵蝕，從而導致保護失效，發生粘輥堵窯。與專利CN102249694B技術方案類似，反結殼物質堿金屬元素的存在和發泡助劑量的不足，都會導致耐火硬殼的保護失效，發生粘輥堵窯事故。

所以，配方是根本，任何發生持續堵窯事故的現象都要考慮原料和配方變化所導致的耐火硬殼失效問題。

2.釉面發泡陶瓷板背底耐火底漿問題

釉面發泡陶瓷板第二道防護層就是入窯前釉面發泡陶瓷板坯體背底涂的耐火底漿。傳統建筑陶瓷坯體背底漿（粉）主要成分有四種：（1）氧化鎂；（2）氧化鋁；（3）氧化鋁+高嶺土（包括黑泥、紫木節等）；（4）氧化鋁+石英+高嶺土（包括黑泥、紫木節等）。其中（2）、（3）一般用于燒成溫度較高或者容易粘輥的工藝配方。二者都含有氧化鋁，說明氧化鋁是關鍵。

GB/T 24487-2022《氧化鋁》氧化鋁按照主要成分、物理性能分為三個牌號：AO-G、AO-1、AO-2[4]。

我們看到，Na2O的含量是劃分氧化鋁等級的重要指標，這說明氧化鈉的含量對氧化鋁的物理性能影響是十分大的。特別是在釉面發泡陶瓷板裸體輥道窯燒成、發泡工藝中，起到至關重要的作用。

針對外墻磚“空鼓脫落”問題，白戰英認為生產廠家為了防止在陶瓷磚燒成階段“粘輥”現象的發生，陶瓷磚生產廠家都會在陶瓷磚底部刷一些背漿，但是過厚、過多、面積過大的背漿層就可能給最終鋪貼時水泥砂漿層和陶瓷磚的結合埋下隱患。陶瓷磚生產廠家應當選擇更加容易清理的背漿，在不粘輥的情況下刷盡可能少的背漿，刷背漿時背漿的分布應盡可能考慮到即使不能完全清理也能保證粘結強度。另外，應當在施工指導書中說明對背漿的處理辦法[5]。

釉面發泡陶瓷板背底耐火漿不僅存在過厚、過多、不均勻，影響膠粘劑粘貼粘接拉拔強度和粘結面積的問題，而且會導致板材產生變形、凹坑等嚴重缺陷。

專利CN111825470B一種用于發泡陶瓷保溫板的耐火底漿及其制備、應用方法，提出一種發泡陶瓷保溫板用耐火底漿，以質量百分比計，所用原料為：煅燒α氧化鋁粉70％～89％，破碎耐火磚粉5％～15％，劣質高嶺土4％～13％，凝灰巖粉2％～8％，甲基纖維素0％～0.2％，水，水的用量為其他原料重量的60-70%[6]。專利仍屬于（4）氧化鋁+石英+高嶺土（包括黑泥、紫木節等）范疇，其中凝灰巖類似于長石或瓷石，劣質高嶺土含三氧化二鐵和碳酸鈣類雜質較多，會顯著降低燒結溫度，甲基纖維素增稠劑也會增加鈉含量，這些都會顯著降低燒結溫度，同時煅燒α氧化鋁粉并不是低鈉氧化鋁，而且成本不菲，也不會提高耐火度。生產過程中因為燒結會導致板開裂、變形，背底漿越厚越嚴重，如果減薄就會增加粘輥風險。不管厚薄都會增加粘輥和影響外墻外保溫系統粘結面積、粘結強度。

正確使用方法是采用低鈉氧化鋁，無論是α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3或者氫氧化鋁都不重要，重要的是Na2O含量要低，最好低于0.1%，因為高溫狀態使用，所有晶型都會轉變成α-Al2O3晶體，關鍵是耐火、不燒結、不粘輥、不粘板、易清理。

3.窯爐輥棒耐火涂料問題

釉面發泡陶瓷板第三道防護層就是窯爐傳動輥棒表面涂的耐火涂層，傳統窯爐傳動輥棒表面涂的耐火涂料有兩層，內層主要成分是氧化鋁和二氧化硅，也會添加一些粘接劑譬如高嶺土、黑泥或紫木節等，外層是鈣長石涂層，原料中有氧化鋁、莫來石、粘土、碳酸鈣、長石和石英組成和結合劑，高溫使用后，會形成一層鈣長石耐火硬殼且不會與內部的氧化鋁粘結。一旦發生粘輥，如果處理及時，就可以金蟬脫殼，抽出輥棒[7]。但是鈣長石硬殼也懼怕堿金屬氧化物或離子，一旦粘上，輕則會發生起釘，重則發生脫皮、纏輥，繼而發生堵窯事故。

如果釉面發泡陶瓷板坯體背底涂的耐火底漿中Na2O含量高，就會與輥棒表面涂的耐火底漿反應，發生粘連，嚴重粘輥、纏繞、堵窯、斷棒。

4.釉面發泡陶瓷板坯體質量問題

前面分析了釉面發泡陶瓷板燒成過程中的三道防護層的重要性以及保護失效的情況，但是再好的防護都不如釉面發泡陶瓷板生產過程的核心技術——配方、原料和工藝技術參數（管理）。

（1）配方的影響。前面零零星星點到幾個有關配方對粘輥、堵窯的影響，譬如結合水含量，發泡助劑和Na2O等堿金屬離子的影響。實際上、發泡劑的粒徑和粒徑分布也至關重要，譬如2μm的綠碳化硅在1120℃～1150℃間反應，超過1160℃就會產生大氣泡，如果粘度低，就會造成通孔和鼓包缺陷；5μm的綠碳化硅在1180℃～1200℃間反應，如果粘度低，也就會造成通孔和鼓包缺陷。如果D50中值粒徑是2μm，但是只有30%是2μm，在1μm～2μm間占40%，2μm～7μm間占30%，就會出現有30%在1120℃～1150℃間不反應，40%在1120℃已經反應，升溫也不發泡，但是高溫坯體粘度下降，容易粘輥堵窯。而高溫坯體的粘度與配方化學組成有關，更與配方礦物組成的顆粒度、均勻度有關。配方設計如果結合水過大且底面料不一致，就會發生在750℃～1120℃之間發生凹變或者凸變，無論凹變亦或凸變，坯體與輥棒都是線接觸，重力集中在某點或某條線上，會產生坯粉或玻璃粘稠物粘輥現象，帶進高溫區就會發生粘輥堵窯事故。

（2）原料。原料成分、粒度、硬度的變化也會造成配方和泥漿性能的變化，影響粉料和坯體的性能。原料入球粒度大，在料球水比一定，大球、中秋、小球比一定情況下，大顆粒、硬顆粒、難磨顆粒物料就難以球磨到合格，過篩后，配方發生嚴重偏移，就會影響顆粒度和高溫粘度，有些反應延遲，會造成很多問題，譬如液相包裹不住發泡劑、局部液相粘度低，會導致燒成時誤判溫度沒燒到，液相不夠，造成局部低溫低粘度高鈉液相滲出而粘輥。

（3）成型工藝衛生。譬如成型時，由于工藝參數（衛生）執行不到位，就會發生坯體粘粉等問題，在坯體干燥、施釉、燒成等運輸過程，也會發生磕磕碰碰、缺角掉邊情況，缺角掉邊以及因為工藝衛生問題粘粉，會造成背底漿缺失，入窯坯體掉粉、掉角粘輥等問題，繼而發生堵窯事故。因此在壓機、干燥窯頭窯尾、釉線施釉前要做好清粉、吹塵措施，杜絕磕碰掉角。

（4）干燥制度。干燥時，由于是從底部進熱風，頂部抽濕排潮，如果溫度和壓力制度設置不合理就會導致坯體變形，無論凹變還是凸變都會造成清坯粉和涂底漿出現遺漏和不均勻。

（5）施釉工藝衛生。施釉時，釉料經淋釉柜離心甩頭噴淋在坯體和釉線傳動皮帶之上，如果釉面發泡陶瓷板背底粘上低溫釉料，就會造成粘輥。一般做法是釉線傳動五棱皮帶有海綿擦洗和水沖洗，海綿塊要經常清洗，經常檢查，發現海綿塊磨損老化要及時更換；沖洗的水頭要對準皮帶，如果沖洗頭發生偏移，或者水不是清潔水，而是被釉污染的水要及時處理。為了防止四邊粘上釉料，釉線上還要設置滾輪或者海綿和轉向器，將釉料及時除去，否則會造成防護失效，發生堵窯事故。在釉線上，由于底部坯粉和行進方向的后邊部坯粉清理的缺失，極易造成坯粉燒成窯前部抽濕排潮區和預熱區粘輥，進而又粘到涂過耐火底漿的坯體底部，粘上坯粉的坯體進入高溫段就容易發生粘輥、堵窯，這也是為什么在窯爐總是一側粘輥的原因，這一側磚坯位置剛好與磚坯在釉線行進方向的后邊重合。

（6）窯爐工藝衛生。進窯坯體坯溫過低，吸水返潮造成變形，在涂背底漿時，就會造成局部失效的情況，失效部分就會造成防護缺失。變形嚴重也會在窯頭負壓抽濕排潮區發生顛簸、偏移和堆疊，甚至出現炸坯、爛坯，鋼輥沾滿坯粉等情況，這些都會造成防護失效，發生堵窯事故。因此，定期對窯頭鋼棒清灰也是必要的。

5.釉面發泡陶瓷板燒成工藝及裝備問題

釉面發泡陶瓷板燒成過程基本上屬于黑匣子工程，盡管不算盲燒，但也有很多盲區無法檢測或觀測到，所以燒成工藝的設計以及窯爐、輥棒等設備的維護管理至關重要。

關于釉面發泡陶瓷板燒成工藝的設計，切忌面溫高于低溫過多，看似降低底溫增加安全系數，但是在高溫膨脹區會發生凸變，高溫塑性坯體與傳動輥棒不是面接觸，而是點或線接觸，極易發生粘連，卡堵事故。在速度設計上，一定要考慮高溫塑性坯體線性膨脹速度以及高溫塑性坯體行進速度的匹配性，不能因為二者的不匹配造成對高溫塑性坯體拉力或阻力，致使其扭曲變形，粘連卡堵。在壓力設計上，要考慮壓力對窯爐溫度均勻性的影響，排潮干燥過程、結合水釋放過程和氧化分解氣體釋放過程傳質與傳熱的平衡性。在窯爐擋火板、擋火墻的設置上要考慮各功能區的溫度需要，也有考慮擋火板或擋火墻附近渦流對坯體的危害。

對窯爐傳動和輥棒的有效管理是避免頻繁粘輥堵窯的根本，從制訂采購計劃開始，那些區用什么輥棒，月損耗多少？要有臺賬。新和舊輥棒都要檢測校正，不合格不用，合格輥棒塞巖棉、套彈簧圈、清灰、打底漿、底漿烘干后，上面漿；面漿干后，不同輥棒要做好標記，分區放置于所在區窯頂或窯側架子上，一定要避免受潮和放在地上。在用窯爐輥棒也要做好標記，品類，更換時間等，超過使用時間輥棒必須空窯保溫更換或者在安全可控條件下在產更換，高溫區非特殊情況下不得在產更換。熱態更換輥棒，輥棒必須預熱，可以將輥棒提前穿進預熱帶或緩冷帶預熱，更換輥棒必須品種、質量所在區匹配，輥棒變形超標和底漿質量不合格不準使用。必要時固定周期對高溫區輥棒進行熱態批量更換，對其他輥棒進行冷態維護后更換[8]。

問：如何避免粘輥堵窯？

總的來說，做好以下幾點，就會避免釉面發泡陶瓷板粘輥堵窯。

1）設計好配方：尤其是坯體配方、面料配方和背底漿配方。

2）控制好工藝：原料的穩定，工藝參數及工藝衛生制度的制定和有效管控。窯爐生產工藝的設計和生產各崗位生產管理制度的嚴格落實，管控好坯體質量。

3）管控好窯爐傳動和輥棒：窯爐和輥棒的維護保養、精準管控是確保輥棒傳動正常和防護正常的根本。

參考文獻

[1]CN102249694B 一種輕質陶瓷磚的生產方法[P]，佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司，2011.04.29.

[2]CN102603356B一種保溫裝飾陶瓷板及其生產方法[P]，信陽方浩實業有限公司，2012.03.21.

[3]韓復興，關于拋光廢渣泡沫陶瓷生產問題解析[J]，佛山陶瓷，2012（3）：67-68.

[4]GB/T 24497-2009" 氧化鋁[S] ，中華人民共和國質量檢驗檢疫總局，2009-10-30.

[5]白戰英，劉可春，瓷磚“空鼓脫落”問題分析及解決辦法[J]，陶瓷，2007（4）：45-46，49.

[6]CN111825470B一種用于發泡陶瓷保溫板的耐火底漿及其制備、應用方法[P]，安徽瑞蒙科技有限公司，2020.10.27.

[7]CN97209130帶可剝離保護涂層的陶瓷輥棒[P]，佛山市陶瓷研究所，1997.05.08.

[8]馬建國，陶瓷輥棒的管理[J]，佛山陶瓷，2010（5）：37-38.

作者簡介：韓復興，男，（1972.6-.），籍貫：安陽林州，無機非金屬材料專業，本科，材料工程師，經濟師，主要研究節能環保新材料和工業經濟綠色發展。