陶瓷墙地砖干法造粒机主轴偏心率对造粒效果的研究 *

李建华

(咸阳金宏通用机械有限公司 陕西 咸阳 712000)

国外于20世纪90年代开始研究开发陶瓷砖干法制粉工艺技术及装备。德国的Erich公司，开发研究了干法制粉工艺技术及装备，研制出不同类型的干法细磨设备及造粒机。目前，意大利的LB公司、GMV公司、M.S公司也相继开发研制出不同类型的干磨设备、造粒设备，依据各自设备的特点，设计开发了不同类型的干法制粉工艺生产线。

在国内70年代，喷雾干燥湿法工艺进入陶瓷行业。咸阳陶瓷研究设计院率先研制成功了离心式喷雾干燥工艺，后来又研究成功了压力式喷雾干燥工艺，然而这种工艺一次性投资费用高、能耗大的不足也制约着其推广应用。20世纪90年代，咸阳陶瓷研究设计院研发出国内第一代干法造粒机，随后生产出五十余台在西南西北地区使用，与破碎机、雷蒙磨相结合，生产出最大规格500 mm×500 mm，吸水率6%左右的彩釉砖制品。随着工艺的不断发展，咸阳陶瓷研究设计院将干法工艺与湿法工艺的产品质量进行比较，得出结论：两者质量几乎等同。2012年，咸阳陶瓷研究设计院作为"陶瓷砖新型干法短流程工艺关键技术与示范"项目负责单位，承担了国家"十二五"科技支撑计划，把该项目的重要性提升到了国家科技计划层面，此项目已成功通过国家验收。

1 干法制粉工艺

1.1 概述

干法制粉工艺流程图如图1所示：

各种原料经过研磨后，按配方混合均匀细粉料进入造粒机，在造粒机中加入10%～12%的相对水分，进行“过湿”造粒之后进入流化床干燥器干燥至6%～8%的相对水分，同时流化床干燥器系统的收尘系统将未造粒的细粉回收，重新进入造粒机系统。干燥后的粉料经筛分装置过筛，筛上大颗粒经优化整粒，与筛下合格料一同进入料仓陈腐，供生产压型使用。

图1 干法制粉工艺流程图

1.2 干法制粉优势

干法制粉与湿法制粉生产工艺技术相比，其优点是节能。据干法制粉节能预测计算得知，按每套(30T型号)系统全年生产粉料193 500 t计算，全年可以节约电量643.2万 kW·h，热能节约原煤138 942 t。减排情况：根据标煤排放系数2.631，每年可减少二氧化碳、二氧化硫及氮氧化合物排放累计约238 288 t。2016年，淄博新空间陶瓷有限公司已建成日产15 000 m2的高档陶瓷砖干法短流程示范线。其示范线的数据显示，干法相对湿法工艺而言，综合节能大约60%，节水80%。相比之下，干法制粉工艺优势具体表现在以下三个方面：①由于蒸发水量节约80%，所以最终导致生产过程中节约电耗20%，节约热耗65%;②干法制粉生产技术一次性投资仅为喷雾干燥制粉工艺流程的70%左右;③坯体强度大，机械强度较高，有利于实现陶瓷砖一次烧成和快速烧成，更进一步提高生产过程的节能量。

1.3 技术难点

目前国内的造粒方式都为增湿造粒，常见的是加湿后强力搅拌。若是粉料颗粒太硬，后续生产环节参数不变，压制时仍采用胶模模具，压制时会压不破，影响产品质量。除此之外，造粒工艺不成熟，还会致使粉料颗粒大小不一，当小颗粒烘干之后，大颗粒中往往还保留了大量的水分，烧成时釉面就会出现一些缺陷。

1.4 造粒设备的研究开发

陶瓷墙地砖干法制粉工艺技术其关键设备为干法造粒机设备。目前国内外研发的干法造粒机根据造粒原理和机体本身结构的不同，有卧式造粒机，立轴式造粒机，辊筒式造粒机，盘式造粒机等，各种造粒机设备制备粉料颗粒性能存在着差异，用于不同的工艺领域。

通过比较国内外相关领域的造粒设备。咸阳陶瓷研究设计院研发了一种悬浮态新型造粒机，其原理为通过气流分散粉末原料，由高压泵提供的雾化水湿化液体，湿化液体(水核)的表面张力吸附、团聚干细粉，形成微颗粒包裹料，当其重量大于气体悬浮力时，下落到旋转的整粒盘，再经过整粒盘产生的机械力(离心力)的强化、整合、优化，形成颗粒料。当颗粒料达到一定的粒径和重量时，依靠整粒盘的离心作用，粉料颗粒从出料口流出。这种造粒方式制备颗粒粉料，其先进性在于粉料的性能可依据生产需要进行调整。颗粒大小可通过调整风机的风压和风量，改变造粒塔内的气流场分布，进而改变塔内气流对形成颗粒料的悬浮力，当颗粒料的重力大于悬浮力时，颗粒粉料会下落塔体下部的整粒盘。当颗粒料下落盘中时，通过改变整粒盘的转速，对颗粒整形，达到需要的强度和光洁度，以保证流动性，使颗粒粉料的性能达到最优化状态。

2 陶瓷墙地砖干法造粒机主轴偏心率对造粒效果的研究

笔者结合多年对干法造粒制粉工艺的研究，基于干法造粒制粉技术存在的难点，通过对现有的干法造粒制粉机转轴偏心率进行优化，从而在一定程度上改善颗粒的级配分布不均匀性问题，其研究结果对陶瓷墙地砖干法造粒制粉机的进一步推广具有一定的工程指导意义。

图2 干法造粒试验装置示意图

结合当前陶瓷墙地砖干法造粒制粉机造粒方式，将原料细粉滚压成符合陶瓷墙地砖原料生产要求。其试验样机如图 2所示，其工作原理主要是超声波雾化喷嘴将雾化液滴(粘结剂、添加剂等液体)弥散在造粒室(2)，搅拌叶片(3)、铰刀(4) 将加入造粒室内的细粉体在雾化液滴的作用下搅拌滚压成 20 ～ 80 目的粗颗粒，最终过筛获取符合要求的陶瓷墙地砖压制原料。

2.1 实验材料及测试器材

(1)实验材料。将陶瓷墙地砖原料分为硬质原料(长石、石英、大理石等)与软质原料(黏土、高岭土、膨润土等)。首先将硬质原料按照坯体要求配比研磨至平均粒径在 200 ～500 μm，再加入研磨助剂，将硬质原料、软质原料按坯体要求配比在立磨中研磨至粒径在 10 μm 左右，待干法造粒试验原料使用。在造粒过程中，需要按坯体要求配制造粒添加溶剂，加入水中配成质量浓度为 4% 左右的造粒添加溶剂；其中，造粒添加溶剂是由质量比为(10 ～ 15)∶(20 ～ 25)∶(15～ 30)∶(20 ～ 50)的海藻酸钠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸甲酯构成。

(2)测试器材。实验过程中主要是测试颗粒级配均匀性分布问题，即实验仪器主要是 20 目、30 目、40 目、50 目、60 目、70 目、80 目的粒度分析筛各两个，对各个阶段的颗粒级配进行测试，从而了解颗粒的级配分布是否均匀(见图5)。

2.2 实验结果分析

当转轴偏心率 e1=0.15 时，级配分布如下图 3 所示。粒径在 20 ～ 80 目之间的为有效颗粒，其所占质量百分比为 79.5%，且粒径在20 ～ 80 目级配均匀性较差。

图3 颗粒粒径分布

当转轴偏心率 e2=0.25 时，级配分布如图 4 所示。粒径在 20 ～ 80 目之间的为有效颗粒，其所占质量百分比为 85.5%，且粒径在 20～ 80 目级配均匀性得到了较大的改善。

图4 颗粒粒径分布

图5 颗粒粒径分布

当转轴偏心率 e3=0.35 时，级配分布如图 5 所示。粒径在 20 ～ 80 目之间的为有效颗粒，其所占质量百分比为 79.4%，且粒径在 20～ 80 目级配均匀性未得到改善，反而级配均匀性更差。

2.3 实验结果分析

实验结果表明：当偏心率为 0.15、0.25、0.35 时，颗粒的有效质量百分比依次为 79.5%、85.5%、79.4%，且当偏心率为 0.25 时，颗粒级配均匀性最佳。该研究结果对陶瓷墙地砖干法造粒制粉技术在陶瓷行业进一步完善具有一定的指导意义。