瓷質釉面磚“輥棒印”控制的研究與探討

羅宏 余修亮 黃帥 招偉培 張溪玉 易娜 曹燕萍 龍海仁 周燕

摘 要：陶瓷釉面磚隨著產(chǎn)量不斷的提升，吸水率越做越低，伴隨而來的就是“輥棒印”的產(chǎn)生。輥棒印的產(chǎn)生在一些凹凸面的仿古釉面磚中還不是很明顯，但是在平面亮光的釉面磚產(chǎn)品中，尤其是全拋釉系列產(chǎn)品中，逆光可以看見明顯的S形變形。“輥棒印”的視覺效果差，會對產(chǎn)品后期的使用產(chǎn)生不良后果，影響產(chǎn)品鋪貼效果，較易產(chǎn)生客訴。本文將分析“輥棒印”的產(chǎn)生原因，針對原因提出在釉面磚生產(chǎn)過程中常用的一些改善“輥棒印”的措施及方法。

關鍵詞：輥棒印;釉面磚;原因分析;改善措施

1 前 言

陶瓷釉面磚“輥棒印”的產(chǎn)生，主要與設備和配方以及生產(chǎn)工藝有關，在設備方面，壓機設備、窯爐設備的影響最為重要，壓機的壓力均勻度，壓機底模的紋理，布料格柵刮膠的結構、窯爐的輥棒材質以及輥棒的棒徑大小等都會對輥棒印產(chǎn)生影響。配方方面則主要是坯體配方，坯體在高溫狀態(tài)時骨架是否夠硬，對輥棒印的產(chǎn)生有較大的影響。工藝方面主要是窯爐的燒成制度，釉料的性能，磚坯進燒成窯的走位等對“輥棒印”的產(chǎn)生也會有一定的影響。本文將會對這些影響因素進行分析討論，希望可以給讀者在生產(chǎn)中改善“輥棒印”缺陷有所幫助。

2 “輥棒印”的產(chǎn)生原因分析

我們一般認為陶瓷釉面磚的“輥棒印”是在燒成工序中產(chǎn)生的，磚坯在燒成工序的中前溫段，由于燒成制度及配方的影響，磚坯向上拱起，磚坯在輥棒上“爬行”，當磚坯進入窯爐后段高溫區(qū)時，磚坯就會軟化，軟化的磚坯在自身的重力以及輥棒摩擦力的相互作用下，就容易在平行于輥棒的兩條邊附近產(chǎn)生我們俗稱的“輥棒印”缺陷。

3 “輥棒印”的測量評估

了解了“輥棒印”的產(chǎn)生原因，還需要制定“輥棒印”的測量方法，這樣才能更科學地對“輥棒印”的改善效果進行評價。成品磚“輥棒印”一般出現(xiàn)在磚面與輥棒平行的位置?！拜伆粲　痹诋a(chǎn)品平行輥棒的前邊和后邊附近5～10cm處各有一條最為明顯。如果坯釉配方與窯爐燒成制度匹配度較差的情況下，產(chǎn)品中間甚至會產(chǎn)生多條近乎等間距的“輥棒印”?！拜伆粲　钡臏y量一般采取數(shù)據(jù)檢測和視覺效果兩種方式綜合評估。數(shù)據(jù)測量主要是采用一把15～18cm的靠尺，放在磚面“輥棒印”的位置上，用不同厚度的插尺進行測量，數(shù)據(jù)一般要控制在0.15mm以內，否則視覺效果不佳。數(shù)值達標還需要配合視覺效果，“輥棒印”的視覺效果評估，需要將產(chǎn)品放在昏暗的光線環(huán)境中，產(chǎn)品介于觀察者和亮光環(huán)境之間，如可以看到明顯的“面包”狀，則視覺效果不合格。在“輥棒印”的測量評估中，必須數(shù)據(jù)指標和視覺效果同時合格，才能滿足生產(chǎn)要求。

4“輥棒印”的改善措施

“輥棒印”的改善措施通?？蓮乃膫€方面入手，首先就是改善磚坯的受力情況，讓磚坯整體受力更均勻，尤其需要降低磚坯邊緣的受力，減少磚坯邊緣彎曲程度。其次是增強磚坯的高溫強度，讓磚坯的“骨架”更硬，避免磚坯在高溫下軟化下墜。然后是改善磚坯在中前溫段的上凸程度，磚坯上凸程度越小，“輥棒印”就會越小。最后是通過降低磚面的光澤度，從而改善磚坯的視覺效果。以下的措施就是從這四個方面分別進行詳細的闡述。

4.1調整磚坯的走位

高強度、低吸水率的陶瓷磚產(chǎn)品具有更好的物化性能，所以高品質的陶瓷磚一般吸水率都會要求滿足“雙零”要求，即吸水率小于0.1%，甚至有的廠對吸水率的要求為小于0.05%。超低的吸水率，就必須要求磚坯具備較好的燒結程度。磚坯在窯爐的燒成區(qū)的最高燒成溫度和保溫時間的控制十分重要。較高的燒成溫度和較長的保溫時間可以較好的保證較低吸水率的實現(xiàn)，同時也使磚坯在窯爐燒成區(qū)的軟化程度加劇，更容易產(chǎn)生“輥棒印”。在不考慮坯釉配方和窯爐燒成制度的不合理等因素，為了改善“輥棒印”的效果，可以采取側位入窯和錯位入窯的方式，在一定程度上可以改善“輥棒印”的視覺效果。

側位入窯，就是將磚坯調整一定的角度入窯，轉角不大于45°，側位入窯需要根據(jù)窯爐的寬度、輥棒的間距、每排進磚的數(shù)量等因素綜合考慮。根據(jù)杠桿原理：磚坯前后平行于輥棒的兩邊邊緣，受到重力G的作用，力臂為L，力矩=G（重力）XL（力臂），由于力臂的距離變化是不大的，當轉角越小，磚坯的重力G越大，磚坯邊緣的力矩就越大，磚坯邊緣下墜的程度就越大。所以在窯爐寬度允許的前提下，轉角越大，磚坯下墜程度就越小。

錯位入窯，就是調整同一排磚入窯的前后距離。由于輥棒受熱變形，尤其是在高溫燒成區(qū)，高溫使輥棒軟化，同時輥棒受到自身重力和磚坯重力的作用，導致輥棒易彎曲。當磚坯并排進窯時，由于坯體收縮，導致磚坯前后排有一定的間距，當輥棒前排磚剛離開時，后排磚如果未及時跟上，輥棒由于失去磚坯載重，棒身反彈，會導致后排磚由于輥棒彈力導致“輥棒印”加重。錯位入窯就可以很好的避免輥棒反彈導致的“輥棒印”，由于輥棒時刻都有磚坯負載，就可以避免“失重”導致的輥棒反彈。錯位入窯的方式常見的有兩種，一種叫中間錯位，另一種叫階梯錯位，不同的錯位調節(jié)方式要根據(jù)具體的磚形選擇使用。

4.2坯體配方的調整

在低吸水率瓷質釉面磚的生產(chǎn)中，坯體配方的調整對釉面磚“輥棒印”的改善至關重要，窯爐燒成溫度的測溫環(huán)溫度我們一般會控制在1150～1170℃之間。首先從化學成分上分析，AL2O3的主要來源是坭，也就是專業(yè)書中說的粘土。粘土是形成莫來石晶相的主要來源，莫來石晶體具有較高的高溫強度，一般來說氧化鋁含量越高，坯體骨架越硬，對“輥棒印”的控制會更好。在實際的產(chǎn)業(yè)化中，我們還需考慮產(chǎn)量、氧化性能、坯體強度、燃耗成本、原料品質、運輸距離等因素，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，釉面磚的坯體AL2O3含量一般控制在18%～21%，可以滿足大部分高品質釉面磚的生產(chǎn)需求。K2O和Na2O一般作為助溶劑，氧化鉀和氧化鈉一般都是通過鉀、鈉長石的形式以砂和石粉類原料的方式引入。鈉長石助熔效果好，但由于始熔點低，高溫粘度小，且燒成范圍較窄，隨溫度的變化，高溫粘度變化較大，更容易引起“輥棒印”變形。鉀長石相對鈉長石而言，高溫粘度大，熔融范圍寬，有利于控制磚坯的變形缺陷。一般在配方中，鉀含量控制在2.8%～3.5%之間，鈉含量控制在1.2%～1.8%之間，是比較理想的，既可以實現(xiàn)較好的助熔效果，同時磚坯也能保持一個較好的高溫粘度。CaO和MgO同樣也是作為助溶劑，在坯體配方中，氧化鈣的助熔效果十分顯著，一般很少單獨引入，都是通過含鈣質的原料附帶引入，氧化鎂則通過滑石的形式引入，助熔的同時可以較好的拓寬燒成范圍。氧化鈣和氧化鎂能明顯的降低坯體始熔點，降低高溫粘度。雖然氧化鈣和氧化鎂的含量少，但對“輥棒印”的影響甚至比氧化鉀和氧化鈉要明顯的多，一般在坯體配方中，氧化鈣含量控制在小于0.7%，氧化鎂含量控制在小于1.4%，可以較好地降低產(chǎn)生“輥棒印”的概率。

坯體配方的調整還需要特別重視原料的選擇。上文中提到了粘土是形成莫來石晶體的主要來源，莫來石晶體物化性能穩(wěn)定且擁有較高的高溫強度，交錯貫穿在坯體中，可以形成磚坯的“骨架”，提升磚坯的機械強度和熱穩(wěn)定性，對改善“輥棒印”有較大的幫助。廣東產(chǎn)地的黑坭和水洗高嶺土屬于高嶺石類粘土，結晶程度比較好，在配方中使用更容易形成莫來石晶體。然而一些晶型發(fā)育不完全的微晶高嶺石類粘土原料，結晶程度差，易產(chǎn)生較大變形，所以要盡可能避免或減少使用量。高鋁類原料的使用，盡量減少鋁礬土的使用，這一類原料，雖然鋁含量特別高一般在35%～50%之間，但由于其顆粒細，腐殖質等有機物含量大，氧化性能，結晶性能都特別差。煅燒鋁土雖然改善了其氧化性能，但由于經(jīng)過煅燒的鋁土失去了活性，且耐火度又高，顆粒度粗，很難較好的形成莫來石晶體。為了提升坯體鋁含量，較多的使用煅燒的鋁土和低溫砂搭配，會導致坯體低溫料過燒的同時，高溫料卻還沒有完全熔融，“輥棒印”明顯且易產(chǎn)生后期二次變形。所以在坯體配方的調整中，除了要看化學成分，也要特別關注原料組成，盡量使用中溫砂，減少煅燒的鋁土泥與低溫砂的使用量。

4.3窯爐燒成制度的調節(jié)

俗話說“生于配方，死于窯爐”，可見窯爐的燒成制度對陶瓷制品的影響是十分重要的。上述釉面磚的磚坯在窯爐中的“行走”狀態(tài)，磚坯在中前溫段，主要受到溫度的影響，磚坯處于上凸的狀態(tài)，在輥棒上向前“爬行”。磚坯在700℃前，磚坯主要發(fā)生的是吸附水和結合水的脫水反應，脫水過程中水分帶走的熱量從磚底傳向磚面再被抽煙風機排出。導致磚面的溫度高于磚底，磚坯由于熱脹冷縮，使磚坯呈上凸狀。700～1050℃之間，磚坯主要發(fā)生氧化還原反應，坯體發(fā)生較大收縮，如果此時磚坯表面的釉料始熔點偏高，或是膨脹系數(shù)過小，會導致坯體磚形上凸變大。磚坯在中前溫段的磚形越凸，會導致在燒成區(qū)坯體軟化后的“輥棒印”越嚴重。為了改善窯爐對磚坯“輥棒印”的影響，可以通過在窯爐的中前溫段增加面槍數(shù)量，提升窯爐中前段的磚坯表面溫度，加快釉料的熔融速度，減少磚坯上凸的程度。同時也可以適當?shù)脑黾痈G爐中前段的底抽開度，增加助燃風，減少噴槍開度等方式，延緩磚坯的收縮速度，從而降低磚坯在窯爐中前段的上凸程度。一般都可以對“輥棒印”的改善起到一定的積極作用。

窯爐燒成區(qū)域的溫度調節(jié)需要盡量減少波動，在此階段盡量減少面槍燃料的壓力大幅變化，由于坯體在這個階段已經(jīng)開始軟化，面槍燒成區(qū)最后幾個區(qū)建議以保溫為主，如果窯爐不夠長的，甚至可以采取燒成區(qū)最后1-2個區(qū)關槍保溫的方式，讓磚坯平穩(wěn)過度。底槍可以適當?shù)脑龃笠恍毫Γ勾u坯不容易下墜，改善磚坯“輥棒印”的產(chǎn)生。

4.4窯爐輥棒的選擇

窯爐輥棒的選擇一般主要關注的是輥棒的材質與輥棒的直徑。窯爐從預熱帶、氧化帶、燒成帶再到急冷帶，比較常規(guī)選用的是氧化鋁材質的陶瓷輥棒。氧化鋁材質輥棒中的氧化鋁含量決定了輥棒的高溫彎曲強度，一般氧化鋁含量越高，高溫彎曲強大越大。在預熱帶和氧化帶，輥棒主要關注室溫彈性模量，抗高溫蠕變性能，抗彎曲性能、抗斷裂性，以及致密度等性能。簡而言之就是重點關注低溫時的韌性。燒成帶則需要輥棒滿足高溫強度高，高溫負荷大，高溫抗蠕變性能強，韌性好，致密度高，高溫彈性模量大，也就是要重點關注高溫時，輥棒的硬度和韌性。在急冷帶則需要輥棒滿足熱膨脹系數(shù)低，耐急冷風沖擊性強，彈性模量大，耐急冷急熱性好。這一區(qū)域的關注點主要是輥棒強度和抗熱震性。不同的區(qū)域對應的輥棒性能要求有所差異，要根據(jù)窯爐的燒成制度選擇符合要求的輥棒。

窯爐急冷段對磚坯“輥棒印”的控制也是比較重要的。磚坯從燒成區(qū)進入急冷區(qū)，一般從止火溫度至700℃之間，坯體液相還比較多，磚坯自身強度還不夠硬，當輥棒彎曲不平的時候，極易加劇“輥棒印”的產(chǎn)生。碳化硅復合輥棒具備較大的彎曲強度及硬度，較好的抗熱震性能，也經(jīng)常應用到窯爐的急冷帶中，對輥棒印的改善能起到一定的改善作用。

輥棒的直徑直接影響的是輥棒間距，間距越大越容易產(chǎn)生“輥棒印”，所以選擇直徑越小的輥棒，原則上對輥棒印的改善是有幫助的。但同時選擇輥棒的直徑時，還需要考慮到輥棒的承重能力。當承重不夠時，輥棒彎曲嚴重，斷裂頻繁也是不利于“輥棒印”的控制及產(chǎn)業(yè)化的需求?，F(xiàn)在較好的方式，一般是用高鋁材質的輥棒替代低鋁材質的輥棒，然后將輥棒的直徑改小，由于高鋁材質的輥棒擁有更好的承重能力以及彈性模量，即使將直徑改小，也具備與普通大輥棒一樣甚至更好的性能，也就是行業(yè)內俗稱的短棒密排，對“輥棒印”的改善有大的幫助。

4.5釉料配方的選擇

行業(yè)內比較主流的觀點，一般認為釉料的配方對“輥棒印”的影響比較小，只要坯釉的膨脹系數(shù)能基本匹配，使磚坯變形不要過于凸或者凹，釉料配方就基本上被認為是合適的。但是釉料的膨脹系數(shù)，高溫粘度，表面張力，始熔點對磚坯的燒制過程中的狀態(tài)是有影響的。釉料的膨脹系數(shù)越大，高溫粘度越大，表面張力越大，始熔點越低，都有利于磚坯在中前溫段的行走時的狀態(tài)不至于太拱。

在全拋釉產(chǎn)品的底釉配方選擇中，如果使用了過多的煅燒氧化鋁粉和煅燒土來提高鋁含量的話，氧化鋁和煅燒土經(jīng)高溫煅燒后在窯爐中溫段收縮來得比較晚，底釉不收縮，而此時的坯料收縮大就會造成磚在窯爐的中溫段很拱，所以我們要盡量減少中溫段區(qū)域，目的是減少磚在中溫段拱著爬行太久而影響磚形和輥棒印。有一些釉料公司根據(jù)石英晶型轉變的規(guī)律，配方中加入大量的石英，煅燒土和煅燒氧化鋁，再通過鋰瓷石降溫，使底釉的鋁含量35%以上，硅含量56%以上，得到了較高膨脹系數(shù)的底釉配方，雖然成品磚的變形不大，但由于中溫段變形比較拱背，導致成品磚的“輥棒印”還是比較明顯。所以在制定全拋釉底釉配方時應選用鋁高而鉀鈉含量又不高的長石粉，減少石英和煅燒土的用量，盡可能控制煅燒氧化鋁粉的用量。

4.6釉料光澤度對“輥棒印”的影響

釉料光澤度對“輥棒印”的視覺效果也有一定影響。在仿古磚的產(chǎn)品中，水刀噴釉工藝的產(chǎn)品相比淋釉工藝的產(chǎn)品的釉面平整度差，由于釉面不平，磚面會產(chǎn)生不規(guī)則的漫反射，光澤會有一定下降，對“輥棒印”的視覺效果有一定的改善。通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，亮光釉比啞光釉相對“輥棒印”的視覺效果更敏感。經(jīng)過多次不同光澤度釉料的對比試驗分析，發(fā)現(xiàn)釉面光澤在5度范圍以內的產(chǎn)品，原先明顯的輥棒印痕跡，視覺效果有較大的改善。雖然調整釉料的光澤度不能從本質上改善“輥棒印”的數(shù)值，但可以對視覺效果進行一定掩蓋，在一定程度上起到了改善“輥棒印”的效果。

4.7模具底紋的選擇

“輥棒印”產(chǎn)生的本質主要還是坯體高溫強度不夠，坯體軟化導致變形缺陷。軟化的坯體有時會透出坯體底紋紋理，如果坯體底紋紋理與“輥棒印”的痕跡一致且有規(guī)律，就會加劇“輥棒印”的痕跡。所以采用無規(guī)律的亂紋會比有規(guī)律的紋理更好。

4.8壓機布料調節(jié)

一般“輥棒印”主要出現(xiàn)在磚坯前后邊邊緣，各一條比較明顯的痕跡。由于磚坯的厚度越大，坯體高溫強度越大，越難產(chǎn)生變形扭曲。于是我們通過減薄壓機格柵刮膠兩頭的厚度，使磚坯前后邊的粉料布料厚度增加，致密度提升。從而使“輥棒印”的檢測數(shù)值可以有所改善。我們通過試驗，曾經(jīng)通過將磚坯前后邊的布料厚度提升0.1mm，加厚布料的寬度約10cm左右，將原本的輥棒印的數(shù)值從0.2mm提升到0.15mm以內。通過犧牲磚坯厚度的均勻度，改善“輥棒印”的數(shù)值，可以在應急的時候臨時使用，方便快捷。

5 結 語

從陶瓷行業(yè)整體的環(huán)境看，供過于求的產(chǎn)量，環(huán)保要求收嚴，煤轉氣的大趨勢，以及日益競爭激烈的市場形勢，導致好的原材料供應不足。同時為了降低產(chǎn)品成本，產(chǎn)量逐年提升。也是導致產(chǎn)品的“輥棒印”缺陷日益嚴重的客觀原因，所以要重新審視行業(yè)的發(fā)展方向，從提升產(chǎn)量盡快轉變到提升品質中來?！拜伆粲　钡漠a(chǎn)生基本上是從低吸水率的釉面磚誕生就已經(jīng)有了，隨著人們對陶瓷磚產(chǎn)品的品質要求越來越高，改善“輥棒印”缺陷的需求日益強烈，陶瓷磚制造企業(yè)已經(jīng)開始重視研究改善“輥棒印”的方法。隨著生產(chǎn)技術的進步以及生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的不斷積累，從多方面都提出了有效的改善措施。俗話說“打鐵還需自身硬”，在釉面磚“輥棒印”缺陷的控制中，我認為坯體配方的控制最為重要，只有自身“骨架”夠硬，再配合窯爐及釉料的調節(jié)，才能真正較大程度的改善“輥棒印”缺陷。但是由于輥道窯的生產(chǎn)方式，“輥棒印”想要徹底消除，考慮到原料及生產(chǎn)成本等諸多客觀因素，預計現(xiàn)有的技術還是有非常大的難度，也希望日后可以有更多創(chuàng)新的方法，可以對“輥棒印”進行持續(xù)的改善。

參考文獻

[1] 王華明.“磚直就是硬道理”！釉面磚磚形、輥棒印如何控制？[N].陶城報，2019.4.

[2] 盧錦葵等.分析坯釉配方及燒成對輥棒痕的關系與直接影響[Z].陶醉瓷訊，2018.8.20.