淺談陶企原料砂倉(cāng)小型化、原料標(biāo)準(zhǔn)化下的配方設(shè)計(jì)及工藝控制

招偉培，龍海仁，黃帥，程碧峰

（佛山東華盛昌新材料有限公司，佛山 528000）

1 前言

目前，陶瓷廠的坯體配方中一般采用(天然)原礦材料，只需進(jìn)行破碎即可采用，其它原料少量采用水洗、混合類(lèi)等加工原料。在投資設(shè)廠前，必須先對(duì)當(dāng)?shù)氐脑线M(jìn)行摸底、勘察，然后再建立大量砂坭倉(cāng)，之后原料入庫(kù)，均化，再送到原料車(chē)間的中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行上球、磨漿、噴霧造粒，最后形成可壓制成陶瓷磚的粉料顆粒。

由于原礦材料的不穩(wěn)定性，陶瓷廠除了需建立大量砂倉(cāng)，對(duì)原料進(jìn)行堆放及均化，還需要引入多種原材料，以增加配方中的材料種類(lèi)，減少單種原料產(chǎn)生的波動(dòng)而對(duì)整體配方產(chǎn)生影響。在實(shí)際操作過(guò)程中，一個(gè)配方容易出現(xiàn)超過(guò)10 種以上的原材料，每種原材料都需要進(jìn)行倉(cāng)庫(kù)堆放、進(jìn)檢，遇到性能差異較大或較大波動(dòng)的原料還需要分倉(cāng)存放，這樣就會(huì)占用大量的用地資源；在上球工序，由于原料種類(lèi)繁多，鏟車(chē)司機(jī)(上料員)工作量很大，且容易出錯(cuò)。

此外，結(jié)合本廠位置特殊，由于政府政策的變化和公司內(nèi)部的用地規(guī)劃變化，很多砂倉(cāng)不能正常使用或者用作他用，導(dǎo)致砂倉(cāng)數(shù)量急劇減少。此時(shí)，如何使用有限的砂倉(cāng)維持日常的生產(chǎn)就迫在眉睫。工廠需要在短時(shí)間內(nèi)，整合各種砂坭原料，如果按照舊配方的原料種類(lèi)數(shù)量，砂倉(cāng)肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了，必須減少40%種類(lèi)的原料。但是原料種類(lèi)減少了，意味著配方中的穩(wěn)定性會(huì)有所下降。因此，如何維持配方的穩(wěn)定就成了這次整合過(guò)程的重點(diǎn)了。

基于以上情況，經(jīng)過(guò)與供應(yīng)商的溝通，提出了原材料標(biāo)準(zhǔn)化。

2 原料整合及標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)、不足之處

2.1 優(yōu)勢(shì)

（1）標(biāo)準(zhǔn)化原料改變了過(guò)往一個(gè)原料一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的情況，它提出了只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，然后各個(gè)供應(yīng)商圍繞著這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行原料的混合以及配送，減少了不同原料(供應(yīng)商) 之間的性能差異，增加了不同供應(yīng)商原料的可替代性。有時(shí)候一個(gè)供應(yīng)商的原料供貨出問(wèn)題了，還可以用另外一個(gè)替代。

（2）原來(lái)同一個(gè)供應(yīng)商可能會(huì)同時(shí)給企業(yè)供應(yīng)高溫、中溫、低溫等三種原料，而標(biāo)準(zhǔn)料就只允許一種料了，多種合并為一，減少了原料品種,供應(yīng)商只需要全力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)料進(jìn)行混合、加工即可。

（3）標(biāo)準(zhǔn)料屬于混合料，在供應(yīng)商端已經(jīng)經(jīng)過(guò)配料了，其穩(wěn)定性也較之前的原礦料要穩(wěn)定得多，這個(gè)也是標(biāo)準(zhǔn)化原料可以減少砂坭原料的一個(gè)大前提。例如，非標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)的配方是10-12 個(gè)原礦料，而標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)的配方是2 個(gè)混合料，4 個(gè)原礦料。

2.2 不足之處

（1）需要大型的供應(yīng)商才能進(jìn)行合作，他們具有較多的礦山資源和加工設(shè)備，這個(gè)需要采購(gòu)部門(mén)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)料可能是多種性能差異性較大的原料進(jìn)行混合，因此除了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)料的性能指標(biāo)提出更高要求外，還需要對(duì)其中采用的分支原料進(jìn)行判別和了解。因此，這里就針對(duì)配方人員的水平和責(zé)任心提出更高的要求了。以本廠為例，標(biāo)準(zhǔn)料從剛開(kāi)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劑、高溫砂，在使用過(guò)程2 年內(nèi)，其生產(chǎn)過(guò)程基本都很穩(wěn)定，結(jié)果表明原料標(biāo)準(zhǔn)化還是可行的。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化原料由于需要在堆場(chǎng)進(jìn)行混合，其加工成本和損耗較大，因此成本較高是其面臨的一個(gè)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，這種模式更加適合生產(chǎn)一些附加值較高、產(chǎn)品定位高端的高利潤(rùn)產(chǎn)品，例如本工廠的定位就是參觀示范性基地，以產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為主，后續(xù)成熟后推廣到其他基地，并且接收一些量小、工藝復(fù)雜、不適合大型生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品。

3 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)手段

3.1 確定坯體配方的化學(xué)成分體系

基于采用標(biāo)準(zhǔn)料70%以上的坯體配方，應(yīng)具備以下特征：對(duì)組成標(biāo)準(zhǔn)料的各類(lèi)原料有著較大的容錯(cuò)性，燒成敏感度較低。初步思路是對(duì)傳統(tǒng)的高鋁高鉀體系優(yōu)化，確定新的化學(xué)成分范圍如下：Al2O3為19%-21%，SiO2為65%-68%，K2O 為3%-3.5%，Na2O 為1.5%-2.0%，MgO 為0.5%-1.3%，CaO 為0%-0.7%，其他指標(biāo)如漿料流動(dòng)性：40-80s；干燥強(qiáng)度:1.2-1.5MPa；白度：20 度以上。

具體思路如下：通過(guò)成分調(diào)整，提高A12O3和K2O的含量，降低Na2O、MgO 和CaO 含量，可以把整體的燒成范圍變寬，始熔點(diǎn)、高溫粘度提高，最終提高配方的適應(yīng)性，以上操作可以解決標(biāo)準(zhǔn)料在整合過(guò)程，容易引入各種性能差異性較大的原料，導(dǎo)致有些原料過(guò)燒，有些原料欠燒，極易在產(chǎn)品中同時(shí)形成輥棒印、熔洞及二次變形等缺陷。此外，該成分體系里包括各大氧化物的礦物，都是供應(yīng)商很容易從自然界獲得的，只需要用常見(jiàn)的原料，按照常見(jiàn)的計(jì)算組合，即可配出標(biāo)準(zhǔn)料。

3.2 建立一個(gè)全新的坯體配方結(jié)構(gòu)

全新的坯體配方結(jié)構(gòu)，如表1 所示，其結(jié)構(gòu)由塑性料、標(biāo)準(zhǔn)料、耐火度修正料3 部分組成，如表2 所示。

表1 胚體配方結(jié)構(gòu)（%）

首先，塑性料是1 個(gè)，這里采用的是A 級(jí)土的泥料，用量占比13%,提供坯體成型作用，提高磚坯干燥強(qiáng)度和配方中的Al2O3含量。

其次，標(biāo)準(zhǔn)料作為主料，這里采用了不同供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)料，由兩個(gè)供應(yīng)商提供，分別是1#砂和2#砂兩種，總占比70%，其在配方中各占35%左右，具體使用量可以根據(jù)實(shí)際原料的進(jìn)檢符合度，對(duì)兩者進(jìn)行相互修正。

接著，耐火度修正料，這里包括三個(gè)，分別為鋁砂(7%)、鈉砂(6%)和鎂質(zhì)坭(4%)3 種，總占比17%。這三種原料用料較少，分別用作調(diào)整A12O3、Na2O、MgO 含量，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題，以及配方出現(xiàn)的波動(dòng)，做出一定的修正，包括可以調(diào)整坯體的溫度(耐火度)、以及膨脹系數(shù)。

3.3 對(duì)加工工藝參數(shù)進(jìn)行修正，并制定修正出了實(shí)際運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行修正，包括：細(xì)度需要從行業(yè)一般要求的1.0%-1.4%(過(guò)250 目篩) 更改為0.6%-0.9%(過(guò)250目篩)，坯體漿料的的含水率從34%±1%提升到36%±1%，其思路如下：基于標(biāo)準(zhǔn)化原料里的各類(lèi)組成的子原料的性能差異性較大，且標(biāo)準(zhǔn)化原料屬于高鋁高鉀體系，該體系屬于高溫屬性，這里需要在加工球磨階段延長(zhǎng)時(shí)間，保證標(biāo)準(zhǔn)原料里的均化程度，同時(shí)可以降低標(biāo)準(zhǔn)料配方的燒結(jié)溫度。高鋁-高鉀-極低細(xì)度配方體系，容易出現(xiàn)漿料流動(dòng)性較差的問(wèn)題，需要提高漿料水份，以滿(mǎn)足正常造粒標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 確定一個(gè)高膨脹系數(shù)的釉料(面釉)配方，適配標(biāo)準(zhǔn)料坯體配方

基于前面介紹的標(biāo)準(zhǔn)料確立的坯體配方，通過(guò)測(cè)試分析，其坯料的膨脹系數(shù)比較大，容易導(dǎo)致磚型偏拱(凸變形)。為了盡量減少窯爐的變化，保持窯爐的穩(wěn)定，我們這里需要對(duì)面釉進(jìn)行調(diào)整，把面釉的膨脹系數(shù)調(diào)大，本廠所配套到的高膨脹的面釉成份如下：A12O3為36%-38%，SiO2為53%-55%，K2O 為2%-4%，Na2O 為1%-2.0%，MgO 為0%-1%，CaO 為1%-2%。

4 標(biāo)準(zhǔn)化原料的進(jìn)檢標(biāo)準(zhǔn)確立及注意事項(xiàng)

4.1 本廠的標(biāo)準(zhǔn)化原料標(biāo)準(zhǔn)

成份指標(biāo)如表2。

表2 成分指標(biāo)

其他指標(biāo)如表3：

表3 其他指標(biāo)

4.2 注意事項(xiàng)

（1）在各項(xiàng)指標(biāo)中，除了關(guān)注化學(xué)成分外，還需要重點(diǎn)關(guān)注一些物理指標(biāo)，如干燥強(qiáng)度和漿料流動(dòng)性，避免在球磨、噴霧造粒、壓機(jī)成型以及干燥工序出現(xiàn)問(wèn)題。

（2）標(biāo)準(zhǔn)原料的堆放倉(cāng)位，盡量避免安排在露天倉(cāng)，因?yàn)樵摿鲜腔旌狭?，一般是由各種化學(xué)成分比較極端的原料構(gòu)成，例如高鋁料、高鉀料、高鈉料三者的疊加，遇到雨水天，容易導(dǎo)致部分原料的流失，從而影響該料的穩(wěn)定性，最后很容易影響配方。

（3）需要跟供應(yīng)商溝通好標(biāo)準(zhǔn)料的各個(gè)原料的構(gòu)成，有條件的，可以送料到工廠檢測(cè)及燒板，評(píng)估流動(dòng)性、黑心等等。

（4）標(biāo)準(zhǔn)料的本質(zhì)就是把原料的配料過(guò)程，往上游段(供應(yīng)商端)轉(zhuǎn)移，在這個(gè)過(guò)程中，需要加強(qiáng)原料的檢測(cè)。例如有些供應(yīng)商配出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化原料是呈砂坭狀，有些供應(yīng)商配出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化原料是呈砂石狀，在兩者等同或接近的化學(xué)成分下，這兩者一般在燒小板體現(xiàn)出來(lái)的差異性不是很大，但是在原料的加工以及后續(xù)成型的差異性就會(huì)比較大，甚至在大磚的燒結(jié)性能(如出窯變形以及二次變形、切割裂方面)等方面產(chǎn)生較大的不同。

因此，在進(jìn)檢方面，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)料的引入(構(gòu)成)原料較為復(fù)雜的問(wèn)題，除了對(duì)表2、表3 的項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)外，盡可能定期對(duì)該料(包括標(biāo)準(zhǔn)料和基于標(biāo)準(zhǔn)料的坯體配方)進(jìn)行晶型檢測(cè)(XRD)，結(jié)合產(chǎn)品燒出來(lái)的各項(xiàng)性能，更好地指導(dǎo)供應(yīng)商尋找構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)料的子原料。

5 標(biāo)準(zhǔn)化原料配方的產(chǎn)品匹配度以及坯體-釉料-窯爐的控制要點(diǎn)

5.1 產(chǎn)品匹配度

基于標(biāo)準(zhǔn)料的構(gòu)成較為復(fù)雜，其坯體的穩(wěn)定性在某種程度上也存在一定的不穩(wěn)定性，在雙零吸水率產(chǎn)品當(dāng)中，更為適合生產(chǎn)全拋釉(需拋光)等搭配有較厚底釉(面釉)層等產(chǎn)品，像仿古磚(薄釉層)容易因?yàn)榕黧w變化，而導(dǎo)致產(chǎn)品的變形度發(fā)生變化。此外像一些采用全拋釉工藝，但是不拋光的緞光釉產(chǎn)品，在使用標(biāo)準(zhǔn)化原料配方時(shí)，也要注意，容易因標(biāo)準(zhǔn)料坯體變化，對(duì)釉面產(chǎn)生負(fù)面影響，如痱子、小坯泡。

5.2 坯體-釉料-窯爐控制要點(diǎn)

（1）光坯變形的控制方面，例如針對(duì)最常見(jiàn)的全拋釉產(chǎn)品，其光坯(素坯)的中心對(duì)角變形度盡量控制在+0.7 以?xún)?nèi)，泡水后的變形控制在+1.0，允許的泡水變形變化幅度在0.3-0.4。

（2）面釉的選擇盡可能選擇高膨脹的底釉(面釉)，結(jié)合光坯泡水變形度，適當(dāng)降低高溫區(qū)的面溫，盡可能使得面溫跟底溫的溫差在15-25℃之間。

（3）出窯全拋釉產(chǎn)品的光澤度控制在20-30 度，后期通過(guò)拋光工序把光澤度提升上去。

基于以上手段，盡可能讓坯體表層燒結(jié)度保證在一個(gè)合理的范圍，避免過(guò)燒引起小痱子和坯泡，也避免了生燒，引起產(chǎn)品的二次變形。

6 結(jié)語(yǔ)

原料標(biāo)準(zhǔn)化可以解決一些身處特殊地段的陶瓷企業(yè)所面臨的場(chǎng)地不足的困境，滿(mǎn)足陶瓷企業(yè)正常生產(chǎn)。而陶瓷企業(yè)可以根據(jù)自身產(chǎn)品的特點(diǎn)，制定配方及工藝，最后定制出標(biāo)準(zhǔn)原料的各項(xiàng)指標(biāo)，如果需要維持該料的穩(wěn)定，必須跟供應(yīng)商保持密切的聯(lián)系，更全面地對(duì)原料進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估。

此外，隨著日后環(huán)保政策的逐步收緊，國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境的管理加強(qiáng)，以及近30 年來(lái)原材料的不斷開(kāi)采，高產(chǎn)量高品位的原料將越來(lái)越少，越來(lái)越多的高品位將會(huì)以碎片化的形態(tài)出現(xiàn)。如果供應(yīng)商能夠合理利用，科學(xué)搭配，以原材料標(biāo)準(zhǔn)化的模式提供給陶瓷企業(yè)，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求，也未嘗不是一個(gè)好辦法。