浅谈陶企原料砂仓小型化、原料标准化下的配方设计及工艺控制

2022-08-04招伟培龙海仁黄帅程碧峰

佛山陶瓷 2022年7期

招伟培，龙海仁，黄帅，程碧峰

（佛山东华盛昌新材料有限公司，佛山 528000）

1 前言

目前，陶瓷厂的坯体配方中一般采用(天然)原矿材料，只需进行破碎即可采用，其它原料少量采用水洗、混合类等加工原料。在投资设厂前，必须先对当地的原料进行摸底、勘察，然后再建立大量砂坭仓，之后原料入库，均化，再送到原料车间的中转仓库进行上球、磨浆、喷雾造粒，最后形成可压制成陶瓷砖的粉料颗粒。

由于原矿材料的不稳定性，陶瓷厂除了需建立大量砂仓，对原料进行堆放及均化，还需要引入多种原材料，以增加配方中的材料种类，减少单种原料产生的波动而对整体配方产生影响。在实际操作过程中，一个配方容易出现超过10 种以上的原材料，每种原材料都需要进行仓库堆放、进检，遇到性能差异较大或较大波动的原料还需要分仓存放，这样就会占用大量的用地资源；在上球工序，由于原料种类繁多，铲车司机(上料员)工作量很大，且容易出错。

此外，结合本厂位置特殊，由于政府政策的变化和公司内部的用地规划变化，很多砂仓不能正常使用或者用作他用，导致砂仓数量急剧减少。此时，如何使用有限的砂仓维持日常的生产就迫在眉睫。工厂需要在短时间内，整合各种砂坭原料，如果按照旧配方的原料种类数量，砂仓肯定远远满足不了，必须减少40%种类的原料。但是原料种类减少了，意味着配方中的稳定性会有所下降。因此，如何维持配方的稳定就成了这次整合过程的重点了。

基于以上情况，经过与供应商的沟通，提出了原材料标准化。

2 原料整合及标准化的优势、不足之处

2.1 优势

（1）标准化原料改变了过往一个原料一个标准的情况，它提出了只有一个标准，然后各个供应商围绕着这个标准进行原料的混合以及配送，减少了不同原料(供应商) 之间的性能差异，增加了不同供应商原料的可替代性。有时候一个供应商的原料供货出问题了，还可以用另外一个替代。

（2）原来同一个供应商可能会同时给企业供应高温、中温、低温等三种原料，而标准料就只允许一种料了，多种合并为一，减少了原料品种,供应商只需要全力对标准料进行混合、加工即可。

（3）标准料属于混合料，在供应商端已经经过配料了，其稳定性也较之前的原矿料要稳定得多，这个也是标准化原料可以减少砂坭原料的一个大前提。例如，非标准化时的配方是10-12 个原矿料，而标准化时的配方是2 个混合料，4 个原矿料。

2.2 不足之处

（1）需要大型的供应商才能进行合作，他们具有较多的矿山资源和加工设备，这个需要采购部门进行协调。

（2）标准料可能是多种性能差异性较大的原料进行混合，因此除了对标准料的性能指标提出更高要求外，还需要对其中采用的分支原料进行判别和了解。因此，这里就针对配方人员的水平和责任心提出更高的要求了。以本厂为例，标准料从刚开始的20%配方用量到后期70%用量，其余的30%主要是黏土以及少量助熔剂、高温砂，在使用过程2 年内，其生产过程基本都很稳定，结果表明原料标准化还是可行的。

（3）标准化原料由于需要在堆场进行混合，其加工成本和损耗较大，因此成本较高是其面临的一个问题。一般来说，这种模式更加适合生产一些附加值较高、产品定位高端的高利润产品，例如本工厂的定位就是参观示范性基地，以产品开发为主，后续成熟后推广到其他基地，并且接收一些量小、工艺复杂、不适合大型生产线的产品。

3 实现标准化的技术手段

3.1 确定坯体配方的化学成分体系

基于采用标准料70%以上的坯体配方，应具备以下特征：对组成标准料的各类原料有着较大的容错性，烧成敏感度较低。初步思路是对传统的高铝高钾体系优化，确定新的化学成分范围如下：Al2O3为19%-21%，SiO2为65%-68%，K2O 为3%-3.5%，Na2O 为1.5%-2.0%，MgO 为0.5%-1.3%，CaO 为0%-0.7%，其他指标如浆料流动性：40-80s；干燥强度:1.2-1.5MPa；白度：20 度以上。

具体思路如下：通过成分调整，提高A12O3和K2O的含量，降低Na2O、MgO 和CaO 含量，可以把整体的烧成范围变宽，始熔点、高温粘度提高，最终提高配方的适应性，以上操作可以解决标准料在整合过程，容易引入各种性能差异性较大的原料，导致有些原料过烧，有些原料欠烧，极易在产品中同时形成辊棒印、熔洞及二次变形等缺陷。此外，该成分体系里包括各大氧化物的矿物，都是供应商很容易从自然界获得的，只需要用常见的原料，按照常见的计算组合，即可配出标准料。

3.2 建立一个全新的坯体配方结构

全新的坯体配方结构，如表1 所示，其结构由塑性料、标准料、耐火度修正料3 部分组成，如表2 所示。

表1 胚体配方结构（%）

首先，塑性料是1 个，这里采用的是A 级土的泥料，用量占比13%,提供坯体成型作用，提高砖坯干燥强度和配方中的Al2O3含量。

其次，标准料作为主料，这里采用了不同供应商的标准料，由两个供应商提供，分别是1#砂和2#砂两种，总占比70%，其在配方中各占35%左右，具体使用量可以根据实际原料的进检符合度，对两者进行相互修正。

接着，耐火度修正料，这里包括三个，分别为铝砂(7%)、钠砂(6%)和镁质坭(4%)3 种，总占比17%。这三种原料用料较少，分别用作调整A12O3、Na2O、MgO 含量，可根据实际生产过程中产生的问题，以及配方出现的波动，做出一定的修正，包括可以调整坯体的温度(耐火度)、以及膨胀系数。

3.3 对加工工艺参数进行修正，并制定修正出了实际运行标准

对工艺参数进行修正，包括：细度需要从行业一般要求的1.0%-1.4%(过250 目筛) 更改为0.6%-0.9%(过250目筛)，坯体浆料的的含水率从34%±1%提升到36%±1%，其思路如下：基于标准化原料里的各类组成的子原料的性能差异性较大，且标准化原料属于高铝高钾体系，该体系属于高温属性，这里需要在加工球磨阶段延长时间，保证标准原料里的均化程度，同时可以降低标准料配方的烧结温度。高铝-高钾-极低细度配方体系，容易出现浆料流动性较差的问题，需要提高浆料水份，以满足正常造粒标准。

3.4 确定一个高膨胀系数的釉料(面釉)配方，适配标准料坯体配方

基于前面介绍的标准料确立的坯体配方，通过测试分析，其坯料的膨胀系数比较大，容易导致砖型偏拱(凸变形)。为了尽量减少窑炉的变化，保持窑炉的稳定，我们这里需要对面釉进行调整，把面釉的膨胀系数调大，本厂所配套到的高膨胀的面釉成份如下：A12O3为36%-38%，SiO2为53%-55%，K2O 为2%-4%，Na2O 为1%-2.0%，MgO 为0%-1%，CaO 为1%-2%。

4 标准化原料的进检标准确立及注意事项

4.1 本厂的标准化原料标准

成份指标如表2。

表2 成分指标

其他指标如表3：

表3 其他指标

4.2 注意事项

（1）在各项指标中，除了关注化学成分外，还需要重点关注一些物理指标，如干燥强度和浆料流动性，避免在球磨、喷雾造粒、压机成型以及干燥工序出现问题。

（2）标准原料的堆放仓位，尽量避免安排在露天仓，因为该料是混合料，一般是由各种化学成分比较极端的原料构成，例如高铝料、高钾料、高钠料三者的叠加，遇到雨水天，容易导致部分原料的流失，从而影响该料的稳定性，最后很容易影响配方。

（3）需要跟供应商沟通好标准料的各个原料的构成，有条件的，可以送料到工厂检测及烧板，评估流动性、黑心等等。

（4）标准料的本质就是把原料的配料过程，往上游段(供应商端)转移，在这个过程中，需要加强原料的检测。例如有些供应商配出来的标准化原料是呈砂坭状，有些供应商配出来的标准化原料是呈砂石状，在两者等同或接近的化学成分下，这两者一般在烧小板体现出来的差异性不是很大，但是在原料的加工以及后续成型的差异性就会比较大，甚至在大砖的烧结性能(如出窑变形以及二次变形、切割裂方面)等方面产生较大的不同。

因此，在进检方面，针对标准料的引入(构成)原料较为复杂的问题，除了对表2、表3 的项目进行检测外，尽可能定期对该料(包括标准料和基于标准料的坯体配方)进行晶型检测(XRD)，结合产品烧出来的各项性能，更好地指导供应商寻找构成标准料的子原料。

5 标准化原料配方的产品匹配度以及坯体-釉料-窑炉的控制要点

5.1 产品匹配度

基于标准料的构成较为复杂，其坯体的稳定性在某种程度上也存在一定的不稳定性，在双零吸水率产品当中，更为适合生产全抛釉(需抛光)等搭配有较厚底釉(面釉)层等产品，像仿古砖(薄釉层)容易因为坯体变化，而导致产品的变形度发生变化。此外像一些采用全抛釉工艺，但是不抛光的缎光釉产品，在使用标准化原料配方时，也要注意，容易因标准料坯体变化，对釉面产生负面影响，如痱子、小坯泡。