我国卫生陶瓷生产技术装备进步与展望*

我国卫生陶瓷生产技术装备进步与展望*

徐熙武

(中国建筑卫生陶瓷协会北京100831)

摘要详细叙述了近年来卫生陶瓷生产的原料设备与工艺、成形设备与工艺、施釉设备与工艺、干燥设备与工艺及检验包装与技术及装备的发展趋势，并对其未来发展方向进行了展望。

关键词卫生陶瓷技术装备工艺设备

前言

20世纪八、九十年代，国外品牌企业以独资或合资的方式开始进入我国卫生陶瓷行业，先后有台湾和成，美国美标、科勒，日本东陶、伊奈以及欧洲的乐家、杜拉维特等世界知名企业在我国设厂，从而带动国内卫生陶瓷生产工艺技术与装备水平的提高，惠达、箭牌、九牧、恒洁、益高等国内知名企业得到迅速发展。在高速发展了20多年后的今天，卫生陶瓷行业不仅在产量上得到极大提高，而且在产品质量以及管理能力上也提升极快，卫生陶瓷机械装备以及工艺技术也得到突破性发展。尤其自2005年以后，从原材料制备→成形→施釉→烧成→后期冷加工→检选包装等环节，都使用全新生产工艺，不仅消化吸收国外最新的技术设备，而且不断自主创新，促使我国卫生陶瓷机械装备以及工艺技术跨入世界先进水平行列。抛开常规工艺使用的装备，这里仅对近几年来有所突破的工艺技术进行简述。

1原料设备与工艺

1.1　泥浆恒温系统与压力罐封闭输浆系统

在卫生陶瓷的注浆工艺中，要得到品质合格的产品，泥浆性能的稳定性很重要，因此需要保证泥浆供给的稳定，不能有气泡、异物、泥渣等混入，将泥浆稳定地输送到成形车间，并将余浆顺利回送原料车间，一直是生产部门研究的课题。经过多次验证，卫生陶瓷行业开始使用多级泥浆池储浆，利用冷热水箱、不锈钢调温盘管、自动测温控温系统组成泥浆恒温控制综合工艺体系，实现泥浆温度不管是冬季还是夏季，都能控制在±1 ℃之间。而压力罐封闭输浆系统通过压力罐输浆，主管道、支管路以及微压注浆管路的定期冲刷清洗，以及气动泵即时回浆的综合技术，能够解决泥浆从原料车间到成形车间常年无污染供浆的问题，可以对成百条成形线提供性能稳定的泥浆，为高品质卫生陶瓷的生产打下了基础。

1.2　FFC泥浆制备工艺

FFC泥浆是预烧低收缩高强泥浆的简称，适用于高保型洗面器或大型洗面器的生产，自2005年开始在我国出现，这种泥浆在配方中使用大量的煅烧莫来石或煅烧粘土以及特殊处理过的球土，其他的硬质料也先经过粉碎处理成一定颗粒度的半成品，按配方比率分别投入泥浆池内，不用球磨，直接使用高速离心式搅拌处理后，陈腐，储存待用。这种泥浆注浆成形的坯体同样经过1 200 ℃烧成，吸水率较高，属于陶质，但抗折强度可以到达接近瓷质坯体的程度，该产品最大的特点就是能够保持器型的平直度，特别适合于直线型产品的设计特点，可以满足消费者追求高品质生活的需求，目前仅有部分品牌厂家在生产，在国内市场还属于小品种产品，而在国外已流行多年。

2成形设备与工艺

2.1　高压成形技术及装备

卫生陶瓷行业是劳动密集型行业，尤其是成形工序，不仅工人劳动强度大，手工操作环节多，生产效率低，同时还要求作业人员有相当熟练的技术。为争夺人力资源，企业不断加大用工成本，劳务费用已占生产成本近40%，而且还有上升的趋势，因而摆脱作坊式生产的高效、无粉尘、作业环境舒适、劳动强度低、用工要求低的高压成形技术开始引起行业的重视。与此同时，降低能耗、绿色生产的环境要求及企业品牌竞争的市场要求，也为该技术的应用提供了时代背景。

在我国高压成形技术虽已引进30多年，但许多引进的高压注浆设备，始终没有得到长期稳定地使用，其原因是高压成形技术必须在设备研制技术、模型研制技术、泥浆技术、操作方法、现场管理5个方面同时达到一定水平的基础上才能成功应用。这几个方面相辅相成，若一方面的条件不具备，高压成形技术应用成功的可能性都不大，这也是卫生陶瓷行业的经验教训。

高压成形设备可分为洗面器、水箱、分体坐便器、连体坐便器几种。目前国内高压成形技术在洗面器、水箱、分体坐便器的高压注浆生产上成熟应用，但量产化全包连体虹吸式连体坐便器的高压成形设备还在研制或试生产中。全包连体虹吸式连体坐便器的高压设备在全世界都是一个难题，欧洲的高压成形设备可以做冲落式便器，而日本的全包连体虹吸式连体坐便器的高压设备比较成熟。针对全包连体虹吸式连体坐便器的高压设备，国内近年来加大了研发力度，借鉴国外成功经验，在成功量产的露管道分体坐便器的基础上，已研制出适合国内全包连体虹吸式连体坐便器等主流产品的相关设备，可以完成从制作、程序设计、安装、维护到试生产的一系列服务。目前，北京森兰特科技有限公司在九牧集团的首套自动化整线装备已进入调试阶段，惠达也在独立研发该项技术。

在过去的高压注浆设备引进中，模型制造技术未得到充分重视，我们还未掌握树脂原料技术以及型内通气路、排水路的微细管分布技术，虽直接购进了树脂使用模型，但不能自己生产，受制于人。生产企业一定要掌握模型制造技术，根据高压设备的动作特点，突破传统成形作业的分模技术，利用排水连接件及圈体粘接技术，将复杂的全包连体虹吸式连体坐便器模型简单化，可以成功应用到高压成形设备上。

高压泥浆成形技术与传统泥浆相比，快一倍以上的吃浆速度、快速挺型、低触变性、尽可能高的可塑性，是配合24 h连续注浆的高压成形的泥浆技术的一个要求；另一个要求是泥浆的细颗粒不能阻塞树脂模的吸浆通路。经过这几年的生产实践，一些技术人员已经掌握了这项技术，利用国内的原料就能生产出合格的泥浆。

高压成形操作作业包括：操作设备、维护设备、维护树脂模、质量对策等。有的设备比较复杂，要注意操作人员和设备安全。作业是以小组的形式进行，要做到分工协作，做好交接班。与突出个人技术的传统作业方式对比，高压成形技术摆脱了对作业技能的过分依赖的束缚，突出了知识化、标准化、协作化，需要有管理团队意识，需要有掌握设备操作技术、维护技术、调试技术、软件设计技术的人才。高压成形技术必须使用以计时为基础的工作制度，这对卫生陶瓷行业传统的计件工作制是个颠覆。

高压成形技术已经进入产业化生产阶段，行业的环保要求与职业健康要求越来越严格，未来的发展空间巨大，但基于上述几项较为综合的原因，以及成本、人才的限制，业内很多厂家还没有做好应用高压成形技术的准备，还需要一段实践与沉淀的时间，高压成形技术才会在卫生陶瓷行业得到广泛应用。

2.2　结合新型低压快排水工艺的半自动注浆装备及技术

低压快排水成形技术严格地讲有传统型与现代改进型两种。欧美国家曾经应用的初级低压排水成形技术属于传统型，模型技术粗糙，只能略微地在注浆遍数和模型烘干上有一定的进步，但不能达到24 h连续注浆的目的；而在近年研究成功的新型低压快排水工艺技术，也就出现现代改进型，其借鉴高压成形工艺的模型技术，研究出模型材料的升级换代、内部微孔优化等技术，研究出型内通气路、排水路的微细管分布技术，并采用毫米级的精度，同时通过改进环境条件、严格控制卫生陶瓷泥浆工艺、合理剖析产品结构、使用机械成形设备等综合技术，一改国内低端手工作业的传统生产方式，达到高效生产卫生陶瓷的目标。

低压快排水工艺的含义是利用石膏载体，在石膏内部增加空气管路，能够将石膏吃浆的水分使用压缩空气快速排出，使低压快排水石膏模具能够进行连续注浆作业，而不采用传统的夜间烘模间歇式生产方式。同时，注浆使用的压力与高压成形相比不需要很高，这种技术与业内更早一些时候开始使用的自动化程度较高的成形设备，如将日本东陶的机械成形设备、意大利自动脱模立式浇注线、日本JANIS的线下脱模技术结合在一起，开发出的新型低压快排水工艺的半自动注浆装备及技术是非常适宜我国卫生陶瓷生产的：一是可以提高生产效率。普通石膏模型一般情况下可以注浆1~2次，而低压快排水模型由于增加了脱水的机能，可以24 h连续生产，注浆数达到7~9次/d。二是节约场地。多次数的生产，可使成形机相对集中，场地的利用率提高，同样的场地可提高产量两倍以上。三是节约材料。模型使用次数由传统的 90次左右可以提高到130次以上，在降低成本的同时也减少了废石膏等固体废弃物。四是能够改善环境及降低能耗。连续注浆的模型不需要干燥，既可大量减少能源的消耗，同时又解决了传统卫生陶瓷企业成形车间高温、高粉尘的难题，为工人创造了良好的作业环境。该项技术已有应用，九牧集团的新生产线就在卫生陶瓷成形车间使用了溴化锂集中空调系统，在国内属与首创。五是改变了传统手工作业的方式。利用机械装备，降低工人劳动强度，减少卫生陶瓷生产对熟练成形工人的依赖性，便于培养新一代卫生陶瓷产业工人队伍。

相比较高压成形技术，这项结合新型低压快排水工艺的半自动注浆装备及技术适合在现有生产线的基础上加以改造，可以根据各工厂的实际情况制定不同的技术方案，这样更能适应于我国卫生陶瓷生产技术的发展。

3施釉设备与工艺

卫生陶瓷施釉基本采用是喷釉工艺，产品质量很大程度依赖于施釉工人的手法技巧，稳定性较差，工人的作业强度大，同时，人工喷釉带来的粉尘对工人身体的伤害比较严重，针对这些问题，近年来有些新的设备应运而生，如机器人施釉。

3.1　机器人施釉

机器人施釉是20世纪90年代从国外引进的新工艺。国内许多工厂都已成功应用，这是施釉工艺的一大改革。其优点是以机器人代替人工，当喷釉程序正确设定后，施釉后釉面厚薄均匀，产品质量高，同时大大降低了工人的劳动强度，改善了工人的劳动条件。机器人施釉工艺对釉浆的性能要求也比较高，除了控制釉浆温度、流动性、触变性外，控制釉浆的屈服值也是十分必要的。

机器人施釉属于自动施釉，其全套设备主要包括施釉机器人、坯体传输联动线、可控制转动角度的承坯台、喷枪及其控制系统等，目前国内制造的机器人稳定性不够，业内使用较少，少数几个品牌企业使用的施釉机器人基本都是德国或日本进口的，虽然性能稳定，但由于成本及维护保养的问题、釉浆调配水平不稳定的问题以及搬运辅助工、自洁二次人工施釉(由于国内的马桶等结构比较复杂，一般机器人很难完全施釉到位，需要辅助施釉的环节)等操作流程上的问题，机器人施釉的效率相对于人工来说，提高不多，所以在业内的应用还不是很广泛。

3.2　循环施釉线

鉴于机器人施釉的技术管理、成本、效率等问题的限制，目前国内比较能被卫生陶瓷厂家接受的施釉设备是循环施釉线。

卫生陶瓷施釉作业通常是施3遍釉，在施第2、3遍釉时需要等到上一遍釉层略干附着到坯体上才能进行，时间效率较低，近来应用较多的循环施釉线可以解决这个问题，利用输送线上分工施釉的多工位布置，每位工人只从事某一遍的单独施釉，每遍之间的晾干时间正好是产品在输送线上移动到下一工位的时间，这样，作业上没有待工的闲置时间。在时间效率提升的同时，只进行单独一遍施釉的作业也降低了对工人技巧的要求，这种采用了分工协作的循环施釉线在效率上比机器人施釉的效率还要高，而投入的成本是一般厂家都能接受的，若在回收釉浆的处理工艺上加以改进，可以得到更广泛的应用。

目前，业内正在研究的纯机械施釉线、机器人循环施釉线等的改进施釉工艺还存在不成熟的地方，相信未来会有更进一步的突破。

4干燥与烧成设备

4.1　快速干燥器

卫生陶瓷快速干燥技术通过间歇式强制给风旋风筒装置以及自动控制设备及技术的应用，实现了升温恒湿、恒温恒湿、升温降湿3个阶段的工艺控制，增大了气体流速和传热面积，减薄产品边界层厚度，加快了热传导和热扩散速度，大大缩短了坯体的干燥周期。由于快速干燥系统采用窑炉余热提供热能，即每个干燥室干燥所用的热空气都是由窑炉余热管道热进行交换后送入室内加以循环，因此热量得到充分的利用，大幅降低了能耗。各个循环系统、排气系统、搅拌系统均采用变频控制，既保证了工艺要求，又节约了运行成本，使全包连体虹吸式坐便器的干燥时间由8 d缩短到3 d，既为连续生产提供了保障，还节省了占地面积。据了解，一条年产100万件卫生陶瓷生产线能节约干燥面积约8 000 m2，极大地提高了土地及建筑面积的产出效果。

目前，这种使用间歇式强制给风装置自动控制的快速干燥器技术已经成熟，成为业内新建或改扩建生产线的标准配置。

目前使用吊篮自动输送技术的工厂也逐渐增多，利用吊篮在配合分段自动控制的隧道式干燥技术，或借用传统工艺厂房的上部空间，将综合利用成形、烧成车间的热量，也是将来干燥工艺的创新方式。它除了具备连续化生产的特点，还具有充分利用空间和把成形、上釉、装窑工序、楼上楼下联系起来的优点。

4.2　窑炉节能技术

国内卫生陶瓷窑炉的能耗，以及烧制产品的质量，在逐渐与国际最先进的窑炉缩小差距。近年来，窑炉技术的进步体现在耐火材料与燃烧系统、自动控制技术的进步上，大量轻质的耐火材料和陶瓷棉、陶瓷纤维等低密度耐火材料，在燃烧系统、自动控制系统的应用方面，具有自主创新的燃烧器可以提供更充分的燃烧，提高了整个传热效率，燃烧器和制品直接快速的传热也极大地带动了企业的发展，降低了能耗，特别是高强度轻质保温砖的问世，大大提高了窑墙的保温性能，显著地降低了产品的单位热耗。堇青石-莫来石质大规格棚板的试制成功，使国内砌筑宽断面隧道窑已成为可能。

目前国产的宽体隧道窑宽度已经达到3.5 m，长度最长达140 m，单窑的产量是原来窑炉的2~3倍，而热耗已能达到1 000 kcal/kg瓷以下。国产的隧道窑在节能方面具备一定的先进性。

隧道窑的进一步节能可以采取两种方式：一是进一步加大窑炉的宽度；二是窑车的装载由单层变为双层。双层窑车在20世纪70~80年代国外曾经使用过，后来因为装窑不便而被淘汰。现在有了装窑机械，双层窑车有可能再次使用。目前某些地区已开始有2~3条辊道窑在使用，其能耗比隧道窑要低得多。辊道窑是否可以在卫生陶瓷生产中长期稳定使用，还需要进一步的评价，如有可能，这项技术将是卫生陶瓷烧成节能的一个方向。

5检验包装线

卫生陶瓷产品制作过程中最后一个环节就是包装。由于陶瓷产品体积大，较笨重，容易磕碰，因此包装环节是一个劳动强度比较高的工序，同时陶瓷产品在检测过程中的放置面积也比较大，如果把它们放在自动输送线上完成，在试水的时候用真空漏气检查机来代替传统的模拟冲水实验方法，就可以减少占地面积。目前行业在产品检测方面比较先进的技术是将各检验工位通过输送线连接成自动检测线，把产品检测、试冲水、包装3个工序整合到自动的输送线上完成，提高了劳动效率，降低了劳动强度和包装的破损率。整线的检验包括外观检验、漏气检查、漏水检查、冲洗功能检查、水件安装、自动包装等一系列功能，可以实时检测产品是否漏气、内部管道是否破裂，提高检测效率，减小漏验率，提高卫生陶瓷产品的品质管理水平。随着行业内厂家的品牌、品质意识逐步加强，功能完备的检验包装线将会得到越来越多应用。

中图分类号：TQ174

文献标识码：A

文章编号：1002-2872(2015)03-0014-04

*作者简介：徐熙武(1969-)，本科，高级工程师；主要从事陶瓷协会的协调与管理工作。