黏土烧结彩瓦（通用5篇）
黏土烧结彩瓦 篇1
1黏土烧结彩瓦的生产工艺流程
黏土烧结彩瓦就是黏土烧结釉面瓦的简称,也是我们通常所说的琉璃瓦和西式瓦。因黏土烧结彩瓦的生产成本低廉,产品质量好,并具有结构致密、吸水率低、物理机械强度大、抗冻融性能好、热稳定性高及耐酸碱、耐腐蚀等优点;而且还具有品种繁多和色彩丰富等特点,如:咖啡色、紫色、紫红色、玫瑰红、橘红色、橘黄色、金红色、金黄色、米黄色、翠绿色、青铜绿、孔雀绿、孔雀蓝、蓝青色、青色、白色及乳白色等。因此,利用黏土烧结彩瓦装饰的屋面建筑物不仅能承受太阳的曝晒及暴风雨、冰雹和风雪的侵袭等,而且还不褪色、不吸污、自洁性能好、保温隔热性能好、古朴自然,能达到返璞归真和回归大自然的和谐效果。按照黏土烧结彩瓦的成形生产工艺流程可大致分为塑性成形和干压成形。
1.1塑性成形
黏土烧结彩瓦的塑性成形就是利用球磨机将黏土烧结彩瓦用原料球磨细碎成浆料后,通过泥浆泵将浆料由搅拌池经过筛、除铁后送入压滤机脱水获得含水量约22%左右的泥饼,泥饼喂入真空练泥机后经真空除气处理后获得物料分布趋于均匀结构致密的泥段,泥段经陈腐(有时也称陈化)处理后(含水量约20%左右),再喂入圆盘筛式挤出机挤出成小泥条,小泥条经胶带输送机进入真空挤出成形机真空除气处理后获得物料分布趋于均匀、表面光洁、结构致密、具有预定形状尺寸的“瓦形”泥条,“瓦形”泥条经切条机定尺切坯后获得“瓦形”坯段,将“瓦形”坯段投入塑压成形机的下模(石膏模具)中,当塑压成形机上模向下动作时,将“瓦形”坯段压制成形为具有预定形状瓦型面的瓦坯(西式瓦),然后瓦坯连同石膏模具通过链式干燥器等经带模(石膏模具)干燥(也称生坯干燥)、脱模(石膏模具)干燥(也称白坯干燥)后(坯体含水率约1.5%左右),坯体再经清灰、施釉(采用喷釉、淋釉和浸釉等)、干燥(辊道干燥器,坯体含水率约1.5%左右)、清灰,上釉坯体最后经隧道窑烧结,经拣选、分级及包装后获得黏土烧结彩瓦制品。其生产工艺流程大致如下:
原料配料—球磨破碎(湿法球磨机)—过筛—除铁—压滤脱水—真空练泥—可塑泥段—陈化—圆盘筛式挤出机—真空挤出成形—定尺切坯—塑压成形—带模(石膏模具)干燥—脱模(石膏模具)干燥—清灰—施釉—干燥(辊道干燥器)—清灰—烧结(隧道窑)—拣选、分级—包装入库西式瓦)。
1.2干压成形
随着现代液压、气压和电子控制技术等快速发展,特别是目前陶瓷墙地砖干压成形生产技术的快速发展及其推广应用,给黏土烧结彩瓦行业以启示,即如何借助于目前世界上最先进的陶瓷粉料干压成形(严格地说应为半干压成形)陶瓷墙地砖的生产技术制造黏土烧结彩瓦产品,以满足国内外市场的需要。我国湖南五菱机械股份有限公司于2000年设计制造了WL1700型(干粉)全液压自动压瓦机,目前,WL1700型(干粉)全液压自动压瓦机已成功地投入福建晋江、江苏宜兴、江西景德镇和江西高安等地黏土烧结彩瓦的实践生产中,采用干压成形生产方式制造出令人满意的优质黏土烧结彩瓦产品,取得了令人瞩目的经济效益;而且还取消了石膏模具的消耗,节约了石膏模具,减少了坯体的变形,提高了成品率,降低了生产成本,促进了我国黏土烧结彩瓦行业的蓬勃发展。
简单地说,黏土烧结彩瓦的干压成形(严格的说是半干压成形)就是利用球磨机将黏土烧结彩瓦用原料球磨细碎成浆料后,通过泥浆泵将浆料由搅拌池经过筛、除铁后送入喷雾干燥器脱水后获得含水量约5%～7%左右的黏土粉料,黏土粉料经(干粉)全液压自动压瓦机压制成形后获得瓦坯(西式瓦),瓦坯经滚道干燥器干等燥后含水率约1.5%左右的坯体,坯体再经清灰、施釉(采用喷釉、淋釉和浸釉等)、干燥(辊道干燥器、坯体含水率约1.5%左右)、清灰,上釉坯体最后经隧道窑烧结,经拣选、分级及包装后获得黏土烧结彩瓦制品。其生产工艺流程大致如下:
原料配料—球磨破碎(湿法球磨机)—过筛—除铁—喷雾干燥造粒—黏土粉料—陈化(俗称闷料)—干压成形(全液压自动压瓦机)—干燥(辊道干燥器)—清灰—施釉—干燥(辊道干燥器)—清灰—烧结(隧道窑)—拣选、分级—包装入库(西式瓦)。
虽然上述两种生产工艺流程略有区别,但其最终产品——黏土烧结彩瓦的产品质量基本上是一致的。因此,实践生产中,以上两种生产工艺流程都在应用,并且都能生产出令人满意的黏土烧结彩瓦产品,满足了国内外市场的需要。
由此可见,球磨机是黏土烧结彩瓦生产过程中重要的破碎粉磨机械设备,黏土烧结彩瓦用原料经球磨机球磨粉碎后,增大了黏土原料颗粒的接触面积,促使黏土颗粒原料混合得更加均匀,其物理机械性能趋于一致。考虑到球磨机筒体体积大又笨重,而且功率消耗大,其球磨粉碎工作效率较低,用于球磨粉碎黏土原料的有用功仅占球磨机输入功率的一小部分,而大部分则消耗于研磨体与筒体、研磨体与研磨体之间的机械碰撞、筒体轴承及传动装置的机械摩擦阻力等方面,并最终转变成热能或(和)声能而浪费掉。随着燃油价格的飚升,能源危机的临近及市场竞争的日益激烈,如何节约能源,提高黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎效率,降低生产成本,赢得更大的市场份额,是砖瓦科技工作者及黏土烧结彩瓦生产企业共同关注的课题。因此,积极研究和探讨黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎机理,能最大限度地提高黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎效率,节约能源,对提高企业的经济效益及砖瓦工业的可持续发展等具有深远而重要的意义。
2球磨机的主要结构及工作原理
如图1所示,黏土烧结彩瓦生产企业所用球磨机通常具有一个水平放置的钢质圆柱薄壁壳体(简称筒体),在电动机及传动装置(包括:液力偶合器、圆柱齿轮减速器、联轴器及三角胶带等)的作用下,驱动筒体以适宜的转速旋转。因此,筒体内的黏土烧结彩瓦用原料和研磨体(俗称球石)等在筒体内衬(保护钢质筒体免遭破坏的材料)的作用下,被筒体提升到一定高度后,然后在其自身重力的作用下沿近似抛物线轨迹降落下来冲击碰撞和研磨筒体底部的另一部分物料。经多次反复作用后,迫使黏土烧结彩瓦用原料球磨粉碎成细粒,增大了物料的表面积,促使物料搅拌混合均匀,结果混合料的物理机械性能趋于一致,易于获得物理化学性能趋于均均一致的浆料或釉料,有利于获得高质量的黏土烧结彩瓦制品。
1-操作手柄;2-辅助减速器(对位用)3-液力偶合器;4-主电机;5-辅助电机;6-圆柱齿轮减速器;7-钢筋混凝土支座;8-主轴承座;9-筒体;10-传动装置安装板;11-滑轨;12-加料装置;13-传动带(三角胶带);14-放浆装置;15-调节螺栓;16-地脚螺栓
3粉碎理论
黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎过程是一个复杂的物料尺寸的变化过程,它与许多因素有关,主要影响因素大致是:物料的强度、硬度、韧性、形状、尺寸、湿度、温度、密度、均质性和可聚集性以及外部环境条件等,如作用力的方式、物料块群在破碎瞬间时作用力的大小及分布状态等。尽管上述因素都造成了物料破碎过程的复杂化,但最终必然是外力对物料做功,克服物料质点的内聚力后才会迫使物料破碎。内聚力大致可以分为两类:一类是晶体内部各质点之间的作用力,另一类是晶体与晶体之间的作用力。即使这两者具有相同的物理性质,但其数值却是不同的,前者比后者大很多倍。内聚力的大小通常取决于物料块中晶体本身的性质与结构,也与结构中存在的缺陷的类型及其数量多少等有关。这些缺陷最终表现为宏观和微观的损伤性裂缝,并且削弱了晶体之间的联系。根据晶体的构造和质点之间的作用力的性质,还能从理论上估算出晶体之间的内聚力数值的大致范围。至于晶体间内聚力的数值大小,以及所有降低物料坚固性的因素等所引起的影响,目前还不能精确地估算,所以说内聚力的大小对同一物料也是变化的。
3.1强度理论
球磨细碎用的黏土烧结彩瓦用原料,通常来自天然矿山、井下开采或工业生产过程中的产物,它们内部本身就存在着许多局部薄弱面(如:不均质性的解理面、微细裂纹等)。在外力的作用下,这些局部薄弱面的周围势必产生应力集中,当外力增加时,应力集中现象逐渐加剧,迫使物料解理的加剧直至裂纹扩展,最终导致黏土烧结彩瓦用原料的破碎成为细粒——球磨细碎的产物。事实上,物料的强度值随被粉碎物料的形状、尺寸大小的变化而变化的,通常物料粒度越小,其强度值就越大。因为物料粒度越大,缺陷就越多,不均质性也越大,所以,其强度就越低。同时,物料中的各组成部分对强度的作用不是各组分的叠加,也不是各组分的平均值,而是处决于其最小值,也就是说极少量的薄弱部位决定了物料整体的物理机械强度。
3.2能耗理论
黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎过程其实就是克服各质点之间的内聚力的作用,迫使物料的变细(颗粒粒径的减小)的过程是外力做功的结果,也是需要消耗能量的。因此人们自然会问,黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎粒度与能量消耗之间究竟存在着什么样的关系呢?这一直是球磨粉碎理论研究的核心之所在。100多年来,许多学者根据自己的工作经验总结出一些适用价值较高的“假说”理论,具体阐述如下:
3.2.1表面积“假说”理论
1867年雷廷智(P.R.Von Rittinger)指出,物料的粉碎过程可近似认为是由大球形物料变为小球形物料的生产过程,因此物料在粉碎过程的能量消耗应与物料表面积的增加成正比,可用数学式表示为:
式中A—物料由粒径D粉碎成粒径d所消耗的功,J;
D—物料粉碎前的粒径,m;
d—物料粉碎后的粒径,m;
M—被粉碎物料的质量,kg;
Ks—系数,与物料的性质、形状、强度和密度等相关,通常由实验确定。
实践生产经验表明,表面积“假说”理论非常实用于获得0.01 mm～1 mm粒径产品时研磨粉碎过程能耗的估算。因此,它实用于黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎的能耗估算。
3.2.2体积“假说”理论
1885年基克(F.Kick)指出,物料的粉碎过程可近似认为是由一个大圆柱体物料受到挤压力的作用,在其内部引起应力并产生相应的应变,当应力达到极限时,迫使物料破坏,结果大圆柱体物料粉碎成为形状相似的小圆柱体物料,同时每次的粉碎比都是相同的,因此,物料粉碎所消耗的能量应与物料的体积或质量的减小成正比,利用数学式可表示为:
式中Kv—系数,与物料的性质、形状、强度和密度等相关,通常由实验确定。
同样,实践生产经验也表明,体积“假说”理论非常实用于获得大于10 mm粒径产品时,粉碎过程能耗的估算。因此,它实用于黏土烧结彩瓦用原料(硬质料)的破碎——颚式破碎机的能耗估算。
3.2.3裂纹“假说”理论
1952年邦德(F.C.Bond)指出,物料的粉碎过程可近似认为是由一个大立方体物料在受压的情况下,积累一定的能量后产生了裂纹,由于裂纹的扩展,纵横交错,导致大立方体物料转变成一堆大小相同的小立方体物料,多次反复作用后才被粉碎。因此,物料粉碎所消耗的能量应与立方体的边长——颗粒平均粒径的平方根成反比,利用数学式可表示为:
式中KC—系数,与物料的性质、形状、强度和密度等相关,通常由实验确定。
同样,实践生产经验也表明,裂纹“假说”理论非常实用于获得1 mm～10 mm粒径产品时,粉碎过程能耗的估算。因此,它实用于黏土烧结彩瓦用原料的中碎——轮碾机的能耗估算,由于采用轮碾机湿法粉碎黏土烧结彩瓦用原料时,易糊筛而影响破碎效率;而采用轮碾机干法粉碎黏土烧结彩瓦用原料时,粉尘飞扬,污染环境,危害操作工人的身体健康。因此,目前,黏土烧结彩瓦生产企业通常不再采用轮碾机粉碎黏土烧结彩瓦用原料这一工序,而是将黏土烧结彩瓦用原料(硬质料粒径约10 mm)直接投入球磨机球磨细碎制成泥浆。所以说,表面积“假说”理论和裂纹“假说”理论都实用于球磨机的能耗估算。
3.3机械化学理论
粉碎过程的机械化学理论系指物料粉碎过程中的机械运动能量与化学能量是相互转化的。它是研究固体物料在施加冲击、碰撞、挤压、研磨和剪切等机械力的作用后,其内部晶体结构将产生不规则变化和多相晶型转变,导致物料晶格缺陷的产生、比表面积的增大以及表面活化能的增加等。与此同时物料的热力学性质、结晶学性质、物理化学性质等都会发生规律性的变化。机械粉碎其实就是采用机械能迫使物料由大颗粒变成小颗粒的过程。显然在物料粒径减小的同时,物料自身的晶体结构、化学组成、物理化学性质等都会发生机械化学变化。而这些机械化学变化并非在所有的粉碎作业中都能显著的存在,它与机械力的施加方式、粉碎时间、粉碎环境以及被粉碎物料的种类、粒度、物理化学性质等密切相关。
4球磨细碎机理
黏土烧结彩瓦用原料在球磨机中被球磨细碎成预定的颗粒度是由于球石(研磨体)对其冲击碰撞和研磨等作用的结果。但黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎过程是非常复杂的,若以单一物料颗粒作为研究对象,那么在球磨细碎过程中,它可能反复地受到冲击碰撞应力和研磨挤压应力等共同作用,致使存在于该物料颗粒表面上固有的或新生成的裂纹扩张,从而迫使物料产生塑性变形或者破碎。当该物料颗粒不断地被球磨细碎时,产生的某一级新颗粒便难以进一步磨细了,这主要是因为新生成的物料颗粒表面上的裂纹较微细,并且迫使这一微细裂纹的扩张所需的最小破碎应力急剧增大的缘故。即使球磨细碎黏土烧结彩瓦用原料所需的最终破碎应力可能会增大到迫使颗粒产生塑性变形,却不足以破碎物料,也就是说物料颗粒便不会再被球磨细碎——已经磨得太细了,由此可见,黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎过程中有一细度极限值。同时实践生产经验也表明:若黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎细度超过某一细度极限值时,球磨机对物料的球磨细碎作用就非常困难了。
事实上,黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎的细度极限值主要取决于球磨细碎产物的颗粒形成重新聚集的倾向以及聚集与破碎之间所建立的动态平衡,此时若过长的延长球磨时间对研磨细碎物料而言也是徒劳的,只会白白地浪费能源,这是因为过细的物料颗粒不能有效地储存迫使裂纹扩张所需的弹性变形能。由于黏土烧结彩瓦用原料的球磨细碎过程比上述单一颗粒物料球磨细碎过程更复杂,它是众多单一颗粒物料共同球磨细碎的复合体,并且物料颗粒表面上的裂纹扩张与新裂纹的出现会因每一颗粒中裂纹的相互作用,次一级颗粒的破碎,颗粒与颗粒之间的相互作用,颗粒与研磨体之间及颗粒与球磨机内衬之间的作用以及球磨细碎环境状态对颗粒的作用而加剧,最终迫使黏土烧结彩瓦用原料颗粒的破碎——球磨细碎。
由此可见,黏土烧结彩瓦用原料在受外力作用而被球磨细碎之前,通常是首先产生弹性变形,当变形达到一定值时,黏土烧结彩瓦用原料的缺陷处重新弥合,并产生“加工硬化”和应力增大的现象,当外力继续作用时变形也继续增长,直至沿着最脆弱面的断裂。此外通过观察破坏断面可知,黏土烧结彩瓦用原料通常是被与之垂直应力压裂(或拉裂)和(或)是在剪应力作用下产生滑动的撕裂,这就是陶瓷原料的球磨细碎机理。
摘要：介绍了粘土烧结彩瓦的生产工艺流程、球磨机的主要结构及其工作原理,并详细论述了粘土烧结彩瓦用原料的粉碎理论及其球磨细碎机理。
关键词：黏土烧结彩瓦,生产工艺流程,球磨机,粉碎理论,球磨细碎机理
参考文献
[1]北京市建筑材料工业学校等编.建材机械与设备[J].中国建筑工业出版社,1981.
[2]林云万编.陶瓷工业机械装备[J].景德镇陶瓷学院,1985.
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