鷹牌陶瓷 | 《鷹視界》（原《鷹之聲》第119期）
建筑陶瓷基礎(chǔ)知識講堂之三：坯用原料制備
一、 原料的選擇
陶瓷廠原材料的選擇是件非常重要的事情，尤其是坯用原料。選擇坯用原料重點(diǎn)考察如下內(nèi)容：
（1） 原料的儲量和品位。如果儲量偏小，可能使用不久就會枯竭，就又要尋找新的原料，調(diào)整配方。另外，還要根據(jù)該礦的品位以及在配方中的用量，考慮是否采用該礦。
（2） 原料的儲藏情況。例如是否為雞窩礦，如果是雞窩礦，就要考慮是否使用該礦；是露天開采還是洞采，開采是否會受氣候條件影響，日可開采供應(yīng)量（以決定坯體配方中該礦的最大用量）。對礦山截面不同部位取樣，檢驗(yàn)不同部位的礦物性能差異，以保證在使用過程中配方的穩(wěn)定性。
（3） 運(yùn)輸情況。在雨季或冰雪天氣時(shí)能否正常運(yùn)輸，這一點(diǎn)非常重要。很多礦藏在山區(qū)，都是通過簡易公路運(yùn)輸出來，一旦出現(xiàn)連續(xù)大雨雪天氣，就會嚴(yán)重影響原料的供應(yīng)，使企業(yè)面臨斷料之苦。
（4） 價(jià)格和付款條件。合適的原料很重要，合理的價(jià)位和付款條件也同樣重要。
二、 原料進(jìn)廠檢驗(yàn)
原料進(jìn)廠檢驗(yàn)是產(chǎn)品質(zhì)量控制的第一步。大多數(shù)陶瓷廠在原料進(jìn)廠檢驗(yàn)合格后才卸車，有的則是進(jìn)料場后才檢驗(yàn)。不管采用哪種方法，檢驗(yàn)過程都要遵守下列要求。
（1） 注意取樣的代表性
① 在不同地點(diǎn)取樣，混合后再次取樣。對于未卸車的原料，不但表面要取樣，內(nèi)部也要取樣。
② 粉末料與塊狀料合理選取。
③ 對于從礦山取回來的樣品，不同部位要單獨(dú)取樣，不能混合。
（2） 制定嚴(yán)格統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)在不少廠家重視檢驗(yàn)，而對檢驗(yàn)方法的科學(xué)性不重視。主要表現(xiàn)在取樣和檢驗(yàn)過程的隨意性。制定嚴(yán)格統(tǒng)一的科學(xué)的檢驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)主要把握如下幾點(diǎn)：
① 固定水分。保證每次試驗(yàn)的加水量相同。
② 固定原料的球磨時(shí)間，保證細(xì)度一致。
③ 固定原料的入磨顆料度。對大塊原料要先用破碎機(jī)破碎后再入磨。
④ 固定試樣尺寸，特別是厚度。最好稱重打小樣，以固定試樣的重量。
⑤ 固定燒成條件、燒成溫度和保溫時(shí)間。
（3） 判斷
如果是正在使用的原料，則與原來保存的標(biāo)準(zhǔn)樣對比，判斷原料是否合格可用。如果不合格，則要作退貨或降級處理，降級處理則意味著要調(diào)整配方。
檢驗(yàn)結(jié)果主要從以下幾個(gè)方面去判斷：試樣的燒結(jié)程度，主要從試樣的燒成收縮來判斷；試樣的白度，從外觀可以觀察到，也可以用白度儀測量；試樣的燒失量大小。如果是黏土類原料，還要檢測黏土的強(qiáng)度指標(biāo)。如果有條件的話，最好能做化學(xué)分析。對于一種新的原料，則要求做化學(xué)分析。
（4） 試樣保存
所有制好的樣品，都要標(biāo)上日期、條件，作為技術(shù)資料實(shí)物統(tǒng)一保管，不能隨便丟棄、隨意亂放。一旦生產(chǎn)上出現(xiàn)問題或者日后銷售出去的產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，則很方便調(diào)查原因。
三、 料場管理
料場管理的重點(diǎn)在兩方面：一是倉位管理，二是原料的堆放和均化管理。
倉位的大小應(yīng)該視各種原料的儲備量和用量而定，很多廠不重視倉位管理，由于倉位不夠堆放而導(dǎo)致原料互相混雜。倉位的順序也很重要，一般成分比較接近的原料可以比鄰而放，而比較容易混淆的或性能不同的原料應(yīng)該隔離開來。另外，倉位的排放順序應(yīng)該和球磨時(shí)的上料順序一致。倉位必須標(biāo)明原料名稱，倉號，進(jìn)料倉和用料倉必須嚴(yán)格分開。
倉位管理一般按如下方法進(jìn)行：原料進(jìn)倉時(shí)，進(jìn)倉原料按原料名稱和產(chǎn)地分類、分倉堆放，不得相互混放（不得進(jìn)入正在使用的倉內(nèi)）；在指定位置上填寫“原料名稱”、“進(jìn)倉日期”、“產(chǎn)地”、“待檢”欄標(biāo)識，并在記錄表上填寫進(jìn)倉數(shù)量；按原料檢驗(yàn)結(jié)果在標(biāo)識牌“待檢”處更名改為“已檢合格”（或“讓步接收”、“退貨”）標(biāo)識。
原料進(jìn)廠后的均化相當(dāng)重要。常用的均化方法為“平鋪直取”，就是在堆放原料時(shí)，由堆料機(jī)連續(xù)地把進(jìn)來的物料，按一定的方式堆成盡可能多的相互平行、上下重疊、厚薄一致的料層，而在取樣時(shí)，選擇與堆放方式相適應(yīng)的取料機(jī)和取料方式，在垂直于料層的方向上，同時(shí)切取料層。這樣，在取料的同時(shí)就完成了物料的混合均化，起到了預(yù)均化的作用。
原料的球磨
過去，各陶瓷廠都設(shè)有原料的粗加工破碎工序。現(xiàn)在，廣東的陶瓷廠基本沒有設(shè)破碎工序了，從原料供應(yīng)商處獲得的原料都是可以直接入球磨機(jī)的，粒徑在10mm左右。從經(jīng)濟(jì)效益的角度看，原料在供應(yīng)商那里統(tǒng)一加工成可以直接入球磨機(jī)的小顆料是最經(jīng)濟(jì)的。
一、球石的選用
球磨機(jī)的球石選用對球磨效率有重大影響，合理選擇球石的種類和規(guī)格非常重要。大生產(chǎn)常用的球石種類和性能指標(biāo)見下表。
大生產(chǎn)常用的球石各類和性能指標(biāo)
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名稱
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主要化學(xué)成分
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密度（g/cm2）
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硬度
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磨耗
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硅質(zhì)鵝卵石
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SiO2
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2.5~2.6
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莫氏7~8
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較大
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普通瓷球
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20%~35%AL2O3 60%~70%SiO2
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2.2~2.4
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莫氏6~7
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較大
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中鋁瓷球
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50%~75%AL2O3 25%~35%SiO2
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2.6~3.2
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莫氏7~8
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較小
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剛玉瓷球
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>75%AL2O3
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3.2~3.8
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莫氏8.5~9.5
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小
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鋯英石瓷球
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ZrSiO2
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3.8~4.0
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HRA80~90
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小
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在20世紀(jì)，坯體球磨使用的大多數(shù)是天然球石，現(xiàn)在大多數(shù)廠家使用人工合成的中鋁球石、剛玉球石和鋯英石瓷球。還有一種稱為碳化硅球石，它也屬于普通瓷球范圍，因?yàn)樵现械蔫F鈦含量高，燒成后顏色呈黑色，這種球石用于拋光磚生產(chǎn)時(shí)要小心，如果有燒成不好的球石混在里面，由于耐磨性差，容易破碎，可能會造成小碎片顆?；煸诜哿现卸廴痉哿希瑢?dǎo)致在拋光磚中產(chǎn)生黑色斑點(diǎn)。一般在拋光磚生產(chǎn)中建議不要使用黑色的碳化硅球石。
二、球襯的選用與安裝
球襯的材質(zhì)最好與球石的材質(zhì)一致。現(xiàn)在建筑陶瓷企業(yè)使用最多的就是中鋁球石配以中鋁球襯。同樣的球磨機(jī)，用中鋁球襯代替石英襯，可以顯著提高生產(chǎn)能力和效率。
三、球磨機(jī)的裝球量和球石補(bǔ)充
球石的級配和裝載量，直接關(guān)系到球磨機(jī)的生產(chǎn)效率。確定球磨機(jī)裝球量的原則是：球磨機(jī)在轉(zhuǎn)動時(shí)球石的沖擊和研磨所做的功消耗在被粉碎的物料中。所以，當(dāng)裝入球磨機(jī)中的球石在球磨機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，每一層球石各按自已的拋物線運(yùn)動軌跡運(yùn)動，而不與其他層球石亂碰，這才是最合理的裝球量。最合理的裝球量是，當(dāng)球磨機(jī)靜止，磨機(jī)中心至球石的水平面的距離應(yīng)為：
a=0.16R(R為球磨機(jī)筒體內(nèi)半徑)
這時(shí)球石所占的體積與球磨機(jī)容積之比為0.4，在這種情況下對球磨機(jī)的操作最為有利。裝入球磨機(jī)中的原料量，應(yīng)以能充滿所有的球石空隙，并稍稍超過它為準(zhǔn)。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)球石裝入量為球磨機(jī)容積的45%~50%時(shí)，對提高單位時(shí)間的產(chǎn)量是有利的。
現(xiàn)在的球磨機(jī)規(guī)格越來越大，一般都在40t以上，同時(shí)由于材料的更新，一般都采用中鋁球石和球襯，現(xiàn)代球磨機(jī)料、水、球石裝填量應(yīng)為球磨機(jī)有效容積的80%~90%，即填充系數(shù)為0.8~0.9，其中球石的填充量一般為有效積的45%~50%。
究竟多大的填充系數(shù)合適，各個(gè)廠家要自已試驗(yàn)決定。有專家曾經(jīng)對40t球磨機(jī)使用不同球襯和不同球石使用量的球磨效果進(jìn)行了對比，B廠使用8.5cm厚的球襯，球石和原料共82t，料：球：水的比例為1：0.95：1.5；C廠使用15cm厚的球襯，球石和原料共92 t，料：球：水的比例為1：1.05：0.5。而單位噸料生產(chǎn)成本B廠比C廠低得多，所以，控制漿面空高很重要，40t的球磨機(jī)漿面空高控制在65~75cm合適，大約是球磨機(jī)內(nèi)的容積保持有15%左右的空隙。
漿面空高是生產(chǎn)過程控制的核心參預(yù)數(shù)，測量空高變化來補(bǔ)充球石。還有根據(jù)球磨主電機(jī)的電流變化補(bǔ)充球石。
四、球石的級配
從球磨機(jī)的粉磨過程來看，主要是物料受到球石的碰撞及球石表面對物料的碾壓作用。根據(jù)這一粉磨過程，可通過提高球石與物料的接觸面積來提高研磨效率。在球磨機(jī)內(nèi)球石裝填量一定的條件下，球石的尺寸越小，則數(shù)量越多，比表面積越大，物料的研磨效率越高，這就是所謂的“小球球磨原理”。當(dāng)然球石不能太小，過小的球石被拋落時(shí)沖擊力小，反而會導(dǎo)致球磨效率降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，不能只用小球石，在粉碎粗物料時(shí)需要有較大的沖力，這就要求球石自身具有一定的大小與質(zhì)量，即球石的尺寸大小也應(yīng)根據(jù)被粉碎物料的粒徑來確定。
有關(guān)試驗(yàn)認(rèn)為，使用中鋁球石和球襯的40 t球磨機(jī)，最佳球石配比為：30mm 20%~28%，40mm 32%~38%，50mm 25%~29% ，60mm12%~13%。
五、球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速
球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速與能耗直接相關(guān)。根據(jù)有關(guān)理論的推導(dǎo)，球磨機(jī)工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速比約等于0.76時(shí)具有較高的研磨效率。隨著現(xiàn)代球磨機(jī)的不斷大型化，所需動力越來越大，如果一味追求較高的研磨效率和較短的研磨周期，必將使能耗大幅躍升，這是很不經(jīng)濟(jì)的。為了維持經(jīng)濟(jì)與效率的平衡，理論設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用中在滿足生產(chǎn)需求的前提下，應(yīng)該適當(dāng)降低球磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，減少功耗，同時(shí)將研磨效率和周期保持在合理的水平。過快和過慢的轉(zhuǎn)速都不能產(chǎn)生好的效果。
關(guān)于球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算，有研究人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出以下公式：
式中 n-----球磨機(jī)工作轉(zhuǎn)速，r/min ；
D-----球磨機(jī)有效內(nèi)直徑，m（球磨機(jī)有效內(nèi)直徑指鑲好內(nèi)襯后的內(nèi)直徑）。
其計(jì)算結(jié)果基本滿足生產(chǎn)實(shí)際需要。但是要注意，上面的公式只考慮球磨機(jī)直徑，而工作轉(zhuǎn)速還與下列因素相關(guān)：球石的種類、原料的性質(zhì)、球磨機(jī)裝料量、球石加入量等。因此，要根據(jù)實(shí)際情況確定轉(zhuǎn)速。
六、料球比例
球磨機(jī)的料、球、水三者比例，對球磨機(jī)的運(yùn)行效率有非常重大的影響。
對于料、水之間的比例，在生產(chǎn)中摸索出了泥漿相對密度與球磨時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)泥漿相對密度增大到1.72時(shí)，在較短的時(shí)間內(nèi)便可完成對物料的研磨，此時(shí)球石對物料的研磨作用最強(qiáng)；當(dāng)相對密度較小時(shí)，泥漿對球石的懸浮力較小，球石間物料少，此時(shí)主要是球石之間的研磨，難以對物料進(jìn)行研磨，球石消耗大且易破碎；隨著相對密度的增加，泥漿對球石的懸浮力增加，球石間的物料多，球石對物料的研磨作用增強(qiáng)；而當(dāng)相對密度大于1.72時(shí)，泥漿黏度過大，泥漿與球石之間不能發(fā)生相對研磨。因此泥漿相對密度宜控制在1.68~1.72，對應(yīng)含水率為33%~35%。
泥漿相對密度與球磨時(shí)間的關(guān)系
因?yàn)榧铀咳Q于泥漿流動性的要求，為了節(jié)約能源，企業(yè)都是在保證泥漿流動性的前提下，盡可能降低泥漿的水分，以降低后續(xù)噴霧干燥工序的能耗。水分取決于配方中黏土原料的使用量和種類，以及所使用的減水劑的性能和加入量。一般企業(yè)的泥漿含水率在30%~35%，流動性在25~45s（涂-4杯），即基本上料、水比例是2：1。
球磨工序管理
（一）配料
配料工序要嚴(yán)格按技術(shù)部門下達(dá)的配方配料。此外，要注意以下幾方面的問題。
（1） 準(zhǔn)確測定原料的含水率，定期測量原料的含水率。如果原料是露天堆放，則在下雨天要注意原料含水率的波動。
（2） 稱量要準(zhǔn)確。泥砂料的精度控制在20kg以內(nèi)；減水劑的精度在0.25kg以內(nèi)；水量容器精度在100L以內(nèi)；色料的精度在0.1kg以內(nèi)。
（3） 裝料順序。裝料順序一般如下：部分砂質(zhì)料墊底，以利于皮帶輸送；量少的或易揚(yáng)塵的料夾在中間；可塑性的黏土、部分砂質(zhì)料在上面；搭配的回尾料在最上面。注意上料順序盡量與料倉順序一致。設(shè)置料倉時(shí)要考慮上料的順序。
（4） 一定要有人監(jiān)磅。驗(yàn)證稱量是否正確，要求誤差在10kg以內(nèi)；料倉位置是否正確；所有原料是否混有雜物；是否把剩余的料放回原料倉；減水劑和加水量是否正確。
（二）泥漿檢驗(yàn)
球磨機(jī)中的泥漿，經(jīng)過檢驗(yàn)合格后才能放漿。各環(huán)節(jié)的要求如下。
（1） 取漿
球磨機(jī)一停就要取樣，在球體液面中央1/2深處取樣約1kg。并測量球體至漿料面的空間距離，以決定是否補(bǔ)充球石。當(dāng)停磨較長時(shí)間，應(yīng)先開機(jī)轉(zhuǎn)動10~30min，待球體內(nèi)的漿料均勻后，才能抽取。
（2） 細(xì)度檢測
測試前，先要攪拌均勻樣品，再從中取樣、檢測。篩余的檢測要統(tǒng)一按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，不得隨意進(jìn)行，不要因操作員不同而有不同結(jié)果。把檢測結(jié)果通知球磨機(jī)操作工，以決定是出漿還是加時(shí)球磨。
在出漿之前，一定要檢測漿料的細(xì)度，檢測合格后方可出漿。目前佛山大多數(shù)廠家細(xì)度控制在250目篩篩余0.7%~1.0%。細(xì)度控制避免走只控制上限而忽略下限的極端。不要出現(xiàn)過細(xì)現(xiàn)象。
八、泥漿除鐵
在陶瓷原料的運(yùn)輸和粉碎過程中，由于機(jī)械設(shè)備的磨損，往往會混入若干細(xì)小的鐵粉或含鐵化合物，這些含鐵雜質(zhì)經(jīng)高溫煅燒后，一般呈黃色，會降低制品的白度和透明度，特別是比較粗的顆粒，燒后往往成為從褐色到黑色不等的斑點(diǎn)，嚴(yán)重影響制品的外觀質(zhì)量；由于資源的日益消耗，高品位礦源日趨枯竭，含鐵雜質(zhì)較多的中低檔礦源已慢慢被利用；市場流行的產(chǎn)品對原料的白度要求越來越高，如聚晶微粉磚、雪花白磚等，對原料的鐵雜質(zhì)含量要求非常嚴(yán)格。因此，陶瓷廠原料加工過程中的除鐵工序非常重要。
九、過篩與漿池管理
過篩需要引起注意的是，過篩處理時(shí)必須隨時(shí)注意篩上料所占比例的變化和篩上料礦物化學(xué)成分的變化。有許多廠因原料硬度發(fā)生變化后，篩上料增多，導(dǎo)致泥漿成分發(fā)生變化，影響了坯體成分，最終坯料出了問題，造成后續(xù)工序的損失。
泥漿入漿池前，有兩項(xiàng)重要的工作要做：過篩、除鐵，主要目的是為了過濾粗粒、雜質(zhì)。一般過80~100目篩，含鐵量低于0.3%。除鐵是非常重要的一個(gè)工序，絕對禁止未經(jīng)除鐵直接出漿入池，要有足夠長度的除鐵槽，或使用高效電磁除鐵器，并且要經(jīng)常清洗磁源。
下一期的建筑陶瓷基礎(chǔ)知識講堂預(yù)告：陶瓷原材料加工之噴霧干燥
