一种新的电锥加工线*——连续式钢制电锥瓷土加工线

张向卫 陈维尧 姚礼裕

(福建科福材料有限公司 福建 泉州 362600)

前言

福建省永春县介福乡拥有丰富的伊利石型瓷土资源，其远景储量为5 000万t。2012年，福建科福材料有限公司在介福乡建设水洗瓷土生产线，生产伊利石型水洗瓷土这种标准原料，并大力推广其在卫生陶瓷原料中的应用，大大促进了介福乡水洗瓷土的生产和销售。目前，介福乡有水洗瓷土生产企业20多家，福建科福材料有限公司生产量可达到年产10万t，全介福乡水洗瓷土年生产量可达到36万t。

水洗瓷土产量中的70%供应全国各地的卫生陶瓷企业生产使用，其余部分供应福建省德化地区的日用陶瓷、艺术陶瓷企业生产使用。

1 传统电锥设备

1.1 水洗瓷土加工工艺流程

对于伊利石型粘土，往往需要进行水洗加工，从而去除杂质、减少砂质，提高铝含量，提升性能、稳定品质，产品称为伊利石型水洗瓷土。其加工工艺流程如图1所示。

图1伊利石型水洗瓷土加工工艺流程

工艺流程中的锥打工序十分重要，是将瓷土原矿使用锥打设备连续性锥打数个小时，对瓷土原矿进行破碎和搓捻。通过锥打达到了破碎的要求，同时明显提高了水洗瓷土的干燥抗折强度和可塑性，是不可替代的伊利石型瓷土的破碎方法。

锥打设备的传统方法是以水流为动力的水锥和以电力为动力的木制电锥破碎方法。

1.2 水锥破碎方法

电锥破碎方法的前身是水锥破碎方法，它是利用流水的动力推动水轮转动，由水轮的轴将动力传给上下运动的锥头，从而对瓷土原矿进行破碎(如图2所示)。由于水的流量随天气、季节有很大的变化，流水的动力也不可能带动很多的锥头，因此，水锥方法已不多见。

图2 水锥破碎

1.3 木制电锥破碎方法

木制电锥破碎方法是将电机的机械能转化成电锥重力势能，再通过电锥的下落产生的冲击力对瓷土原矿进行粉碎的过程。单一的锥头设计如图3所示。

图3 单一锥头示意图

一组电锥由电机、动力传动轴、锥杆及锥臼4部分组成。由电机提供能量，再由动力传动轴将能量错位地传给每个锥杆，锥杆升起后再降落，其产生的冲击力对瓷土原矿进行破碎。为了能使锥臼里面的瓷土原矿都能得到锥杆的撞击破碎，将锥臼底部及边缘都设计成弧形过渡，锥杆对锥臼的撞击产生一个垂直于锥臼弧壁的力，其分解成竖直方向及水平方向的力：竖直方向的力对瓷土原矿进行撞击破碎；水平方向的力对瓷土原矿进行翻转，同时使锥臼中的瓷土原矿受到水平方向的碾搓。瓷土原矿在锥臼中的翻转示意图如图4所示。

依据传统的生产经验，26个锥头组成一组，由一个7.5 kW的电机通过传动轴提供动力，其示意图如图5所示。

图4 瓷土原矿翻转示意图

图5 一组木制电锥

传统木制电锥存在以下缺点：

1)制作电锥的材料必须为优质木料，这种木料既有很大的硬度，又有很强的韧性；锥脑(立杆)长约1.5 m、截面直径约20 cm(长方形为长25 cm、宽20 cm )，锥杆长2.4 m，截面 长25 cm、宽20 cm。这样又大又好的木料价格很高，而且很难找到。

2)瓷土原矿分别放入臼中，将锥打好的瓷土原矿分别从臼中取出，都要靠人工作业，费人、费力。

3)生产效率低。受木料的限制，锥脑、锥杆都不能做得很大，受木料强度的限制，每次锥打时，锥杆提起的高度不高，锥打的效果受到限制，是整个生产环节中生产效率最低的一个环节，严重制约了生产效率的提高。

传统木制电锥已经存在近百年，由于卫生陶瓷生产行业使用了水洗瓷土，需求数量激增，传统木制电锥的这些缺点严重影响着水洗瓷土的生产，成为不断提高水洗瓷土的产量、满足市场需求的绊脚石。

2 一种新的电锥加工线——连续式钢制电锥瓷土加工线

为了克服传统木制电锥存在的缺点，福建科福材料有限公司自2015年12月开始研究制作新的连续式钢制电锥瓷土加工线。该电锥加工线完全用钢材替代了木材制作设备；单个电锥提高了锥头捶打时下降的高度，提高了锥头的质量，其示意图如图6所示。

图6 连续式钢制电锥瓷土加工线中的单个电锥

连续式钢制电锥瓷土加工线是多个电锥(如12个)串联一起使用, 如图7所示。每个臼由臼槽连接在一起，整个臼槽具有一定的斜度，头部高，尾部低。瓷土原矿在前一个臼中受到锥打，到一定程度后，沿着臼槽移动到下一个臼中，最后，经过充分锥打的瓷土原矿移动到尾部，再送到下一个工序。

图712个电锥串联

图8 连续式钢制电锥瓷土加工线喂料装置

在连续式钢制电锥瓷土加工线头部安装有喂料装置，不断提供原土，如图8所示。在尾部设有皮带输送机，自动将锥打好的瓷土原矿送至下一工序，如图9所示。

图9 连续式钢制电锥瓷土加工线出料

新的电锥加工线的主要参数：

设备价格： 单个锥为2.8万元；

装机容量：单个锥5.5 kW，用于链条式传动的锥头提升；

单锥尺寸：长1.5 m、宽0.55 m、高5 m,；质量400 kg；每分钟锥打21次；

加工线外形尺寸(一组12个锥串联)：长18 m、宽0.55 m、高5 m；

生产能力(12个锥串联)： 每小时3 t；

操作人员数量(一组12个锥串联)：一组最多1人。

3 新的电锥加工线与传统木制电锥的对比

3.1 新的电锥加工线与传统木制电锥主要设备参数对比

表1 主要设备参数对比表

新的电锥加工线与传统木制电锥主要设备参数对比见表1。

操作人员数量：传统电锥加工线每组需要2人，连续式钢制电锥瓷土加工线每组最多需要1人。

由以上可以看出：

1)新的电锥加工线的单锥的生产效率相比传统木制电锥的单锥提高了7倍；

2)新的电锥加工线比传统木制电锥节省操作人员50%；

3)新的加工线的单锥设备价格比传统木制电锥的单锥高3倍，电耗高1倍。

3.2 生产出的水洗瓷土性能的对比

对新的电锥加工线与传统木制电锥生产出的水洗瓷土的性能做以对比。

3.2.1 水洗瓷土淘洗率的对比

水洗瓷土淘洗率的对比见表2。

表2 水洗瓷土淘洗率的对比

由表2可以看出，新的电锥加工线与传统木制电锥淘洗率相同。

3.2.2 水洗瓷土粒度的对比

水洗瓷土粒度的对比见表3。

表3 水洗瓷土粒度对比(%)

由表3可以看出，新的电锥加工线与传统木制电锥粒度一致。

3.2.3 水洗瓷土化学成分的对比

水洗瓷土化学成分的对比见表4。

表4 水洗瓷土化学成分对比(质量%)

由表4可以看出，新的电锥加工线与传统木制电锥化学成分相同。

3.2.4 水洗瓷土干燥抗折强度的对比

水洗瓷土干燥抗折强度的对比见表5。

表5 水洗瓷土干燥抗折强度的对比

由表5可以看出，新的电锥加工线与传统木制电锥干燥抗折强度相同。

4 新的电锥加工线的使用情况

福建科福材料有限公司自2017年4月制作出第一条连续式钢制电锥瓷土加工线并投入使用，2017年10月第二条连续式钢制电锥瓷土加工线投入使用，2017年12月第三条连续式钢制电锥瓷土加工线投入使用。至2018年底，该种设备共加工瓷土约7.58万吨，生产出伊利石型水洗瓷土约3.79万t。设备项目的投资在投产后，不到2年的时间就取得了新增利润的回报。

经过1年多的使用，与传统木制电锥相比，连续式钢制电锥瓷土加工线表现出以下优点：

1)生产效率极大提高，突破了提高水洗瓷土产量的瓶颈问题；

2)节省了操作人员，明显减轻了劳动强度；

3)设备完全使用钢铁材料制作，取代原先使用的优质木材，解决了木制电锥的制作难题。

5 结论

连续式钢制电锥瓷土加工线解决了使用近百年的传统木制电锥存在的不足之处；极大地提高了生产效率；节省了操作人员，明显减轻了劳动强度；设备的制作完全使用钢铁材料，取代原先使用的优质木材。连续式钢制电锥瓷土加工线是电锥设备的重大改进，在行业中具有极高的推广价值。