陶瓷岩板高温烧成装备的研究及应用

潘勇文

摘要：陶瓷岩板是近年来的热门产品。但因其面积大(规格尺寸大)、厚度范围宽，对窑内温差、冷却控制、传动走砖等直接影响产品质量的关键技术提出较高的要求。此外，陶瓷岩板经高温烧结而成，能耗高。因此，节能也是重要关注点。本文介绍德力泰公司的陶瓷岩板烧成窑炉及其解决上述问题的方法，供同行参考，希望共同促进陶瓷岩板烧成技术的进步。

关键词：陶瓷岩板；高温烧成；研究应用

引言

陶瓷岩板是最近几年发展的一种新型建筑陶瓷板，不仅具有传统墙地砖坚固耐磨、易清洁、化学稳定性好等优点，还具有整体性强、装饰效果好，可灵活切割的特点。目前陶瓷岩板已经被广泛应用于家居装饰台面、墙面以及柜面等场合，替代部分天然石材、木材产品，具有非常广阔的市场前景。据统计，到2020年年底已投产的岩板生产线已超过100条，发展非常迅速。然而，由于陶瓷岩板规格大，在烧成冷却过程中存在残余应力，在后期冷加工环节容易出现切割破裂，导致成品率较低、综合成本高。提高陶瓷岩板的强度和韧性对其进一步的发展具有重要的作用。

1建筑陶瓷的原料及生产工艺

不同的原料在建筑陶瓷的制备中会起到不同的作用，因此，无论是从制备建筑陶瓷的基体，还是建筑陶瓷表面的釉层，如果想符合使用的要求，选择合适的原料至关重要。从原料本身的塑性来分类，建筑陶瓷的原料可以分为可塑性原料和瘠性原料两类，其中可塑性原料中具有代表性的是各类黏土，即软质黏土和硬质黏土。这些可塑性原料的主要作用是利用其本身的可塑性，产生和结合剂一样作用的结合力，使基体在一定温度干燥后具备一定的强度，便于运输和使用。瘠性原料也是基体制备过程中不可或缺的一环，主要有石英砂、熟料、或废砖粉等。它中和了塑性原料过度的塑性，使基体更易压制成型，同时他还可以有效降低基体的干燥收缩和变形，缩短干燥的时间；更重要的是，它可以通过晶型转变造成的体积膨胀的体积补偿效应抵消可塑性原料在烧成过程中的体积收缩，保持基体良好的体积稳定性；在高温热处理时，它会浸润在玻璃相中，提高玻璃相的粘滞性，而那些剩余的颗粒起到骨架支撑的作用，保持基体在高温下体积的稳定，也提高了产品的强度的作用。

1陶瓷岩板烧成要求

1.1冷却控制要得当

在冷却过程中，如果温差大或冷却速度控制不当，无法消除产品中游离石英晶型转变产生的应力。或出窑后的砖坯存在伤痕、微裂纹、晶化不完全等隐形缺陷，将会在后期出现问题，如自然裂、后期变形、加工时切割裂等缺陷。

1.2温差小

由于砖坯面积大，无论是烧成还是冷却过程，都要求窑内的截面温差小，否则会出现开裂、色差、变形等缺陷。1.3走砖好陶瓷岩板烧成温度高、吸水率低，砖坯在高温下处于软化状态，如果前后砖坯在运行中因走砖不好而“紧靠”一起，会出现挤压变形；如果走砖歪斜，则会因砖坯不同部位下接触的辊棒数量不一致引起受力不均，出现“角下弯”“上翘”“波浪形”等缺陷。

2关键技术及解决方案

2.1烧成温度对抗折强度的影响

由于组成会影响样品的烧成温度，因此多个因素之间存在明显的交互作用。，烧成温度对抗折强度有最重要的影响。随着温度上升，平均强度逐渐下降，说明温度升高后样品出现了过烧。过烧的原因是样品中存在少量的氧化铁和碳化硅杂质，温度过高后分解产生的气体在样品中形成了气孔。基本烧结致密，只有少量的闭气孔，因此具有较高的抗折强度。1260℃烧成的内部出现了大量的气孔并且相互接触，因此强度较低。

2.2降低产品能耗

烧成工序是陶瓷生产的必经流程，辊道窑是制造建筑陶瓷的核心装备。该项目技术装备围绕流体力学、传热学和燃烧技术等原理，通过开发接力回收窑炉冷却余热系统、烟气换热装置，实现余热高效回收和循环利用，提高热利用效率；优化宽体辊道窑的耐火保温结构和技术，提高保温效果，显著降低窑体散热；通过风/气精准比例控制技术、节能型蓄热式燃烧组合结构系统性地增强了烧成温度场稳定性，提高了烧成质量。通过余热循环利用、窑炉高效保温、高效烧成实现降耗，使陶瓷生产更加节能、环保和绿色化。

2.3如何控制砖坯冷却

冷却是控制陶瓷岩板品质的关键环节之一。针对急冷、缓冷、尾冷各区降温，采取了热风冷却的方式。具体而言，通过缓冷区将窑尾的热风抽到缓冷区，经过换热管的热传递升温后进入急冷区。与直接使用车间内的冷风相比，整个过程的冷却风温与窑内产品的温度差值小，降温梯度更加平缓，利于晶型均匀转换。冷为了控制各区温度，除了急冷区自动控温外，缓冷区的管路也分组控制，使每个窑炉模数段能够独立调节、温度曲线可控。为了防止“空窑”期间冷却过快，分别在急冷、缓冷区底部设置有烧嘴。当降温幅度超过了砖坯不能承受的温度时，烧嘴自动点火升温，以满足温度曲线要求。

2.4球磨和保温对抗折强度的影响

理论上，球磨也可能对样品的力学性质产生影响。球磨时间延长，一方面原料的粒径减小，烧结活性会增加；另一方面，烧成后样品残留石英晶粒也会减少，样品的强度会提高。

3陶瓷岩板耐磨性能评价标准

在我国，陶瓷砖（板）的耐磨性一直为行业所关注，表1列出了现有陶瓷砖（板）国家和行业标准对地面用产品耐磨性能的评价要求。可以看出，除了个别标准采用磨耗作为评价参数外，大部分标准的耐磨性能采用了以下评价方式：按无釉和有釉两大类型分别设定技术要求；对于无釉产品，采用磨损体积作为评价参数，测试方法标准采用基于磨轮法的GB/T3810.7；对于有釉产品，采用可见研磨痕的研磨转数或耐磨等级作为评价参数，测试方法采用基于表面耐磨法的GB/T3810.7。虽然不同产品标准的技术要求存在差异，但是采用的测试方法相同。与相应的国际标准相比，测试方法标准的主要技术内容未发生变化。

4问题探讨

虽然我国已经制订了一系列的陶瓷岩板耐磨性能评价标准，并在地面用陶瓷砖耐磨性能评价中到了较好的应用，但在以下方面值得商榷表面耐磨性测试方法有待完善近年来，各种新工艺、新材料的应用于陶瓷砖（板），有釉/无釉产品的界限也越来越模糊，有釉产品逐渐成为市场主流。产品的发展也给测试方法提出了新的课题，即如何对表面釉层的耐磨损能力进行定量评价。现行的表面耐磨测试方法GB/T3810.7存在的主要问题是：一是试验结果受样品颜色的影响，通常深色砖的耐磨性等级要低于浅色砖；二是采用目测观察，试验人员对颜色变化的敏感度可能对试验结果造成影响，使得结果存在人为因素干扰；三是无法对试验结果进行定量描述。因此该标准无法适应定量评价的需要。6000转磨耗近年来开始得到应用，研究结果认为有釉砖表面耐磨法用磨耗质量大小取代目视评价可得到更客观和精准的结果。相比于磨耗质量，磨损体积更能有效表征产品的耐磨性能。如果材料密度差异较大，即使是相同的磨耗质量，对应的磨损体积可能会有较大差异，因此，仅看磨耗质量可能会导致对耐磨性能的误判。

结语

该项目产品已获得多项专利，尽管主要为烧成岩板而开发，但其结构技术仍然可以用于抛光地砖、内墙砖、透水砖、西瓦等各类烧成工序，具有综合能耗低、保温好、合格率高、外形美观等特点，能够降低陶瓷生产成本，减少废气排放，节约环保治理费用。随着陶瓷岩板性能的不断提高、其应用领域也将不断扩大，相信该项目烧成装备必将获得进一步推广，促进陶瓷产业向更加节能环保的方向深入发展。

参考文献

[1]陈景雨.陶瓷工业热工过程及设备[M].北京:中国轻工业出版社,1992.

[2]孙晋涛.硅酸盐工业热工基础[M].武汉:武汉工业大学出版社,1992.

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