国产西式琉璃瓦全自动生产线在朝鲜的生产
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摘要 本文对湖南炜达公司出口朝鲜的自动化成套琉璃瓦生产线的关键设备、生产中采用的工艺流程、生产原料、坯釉配方及主要工艺参数等情况进行了较详细的介绍和分析。
1前 言
笔者所在的湖南湘潭炜达机电制造有限公司于2008年初向朝鲜胜利集团出口全套以全自动压瓦机为核心的自动化琉璃瓦生产线，这也是朝鲜国内第一条现代化琉璃瓦生产线。根据双方的协议，中方除负责项目设备安装和调试外，还负责生产配方工艺的研制和开发工作。炜达公司工程人员于2008年5月底赴朝，历时二个多月终于顺利完成了琉璃瓦的配方工艺开发，全线投入正常生产，现将该项目工程介绍如下，供同行参考。
2生产工艺流程和主要生产设备
2.1 生产工艺流程
主要生产工艺流程如下：
配料15m3喂料机笼式破碎机破碎双轴搅拌机搅拌一次对辊机粉碎双轴搅拌机搅拌二次对辊机细碎圆盘筛挤出机挤出陈腐仓备用铲车装料5m3喂料机真空挤出机挤出毛坯自动切坯机切割 自动压瓦机压瓦瓦坯装入干燥车隧道干燥器干燥自动施釉机施釉二次干燥窑干燥隧道窑高温烧成
2.2 主要生产设备
2.2.1 笼式破碎机
该机的设备型号为LA-1000，大转笼直径为1000mm，整机功率为55kW，转轮转速为500转/min，产品出料粒度为1～3mm，生产能力约为8～10t/h。
笼式破碎机的主要工作原理是机内大小两个同心转笼高速反向运转，从而使从喂料口落入的大块半硬质原料互相撞击破碎，再从下部出料口排出，使其便于下道工序中搅拌机混合和对辊机细碎。
2.2.2 双轴搅拌机
该机的设备型号为SJ240X80，螺旋搅拌叶片的直径为240mm，整机功率为22kW，主轴转速为60转/min，生产能力为20～25t/h。
该机的主要作用是对原料进行充分混合，在本生产线中，分别设置在笼式粉碎机之后及一次对辊机之后，以便对原料进行捏练，使坯料的组分和水分更均匀。
2.2.3对辊机
该机型号为GS80X60，辊体直径为800mm，宽度为600mm，总功率为52kW，生产能力为20～35t/h。
该机是全线原料粉碎处理的关键设备，其工作原理是利用两个辊体相对高速旋转，物料从上方进入两辊之间，随着辊子的高速转动被卷入两辊间隙，在巨大的压力作用下被粉碎。
2.2.4圆盘筛式给料机
该机型号为WD1200，筛筒直径为1200mm，筛孔直径为22～25mm,功率为30kW，生产能力为10～30t/h。
设置该机的目的在于将经过笼式粉碎、二次对辊及螺旋搅拌之后的坯料进行再次的强力挤压混合，使坯料的组分、水份更均匀，可塑性能更好。
2.2.5真空挤出机
该机的型号为TCJ350,采用双级三轴螺旋装置，下级主轴螺旋的直径为350mm，该机可用于挤制劈开砖、琉璃瓦、高温陶瓷辊棒等。用于生产劈开砖时，因其挤出口小，挤出压力较大，需配用55kW的电机。挤琉璃瓦时因为出泥截面积较大，负荷相对较小，为了节能，需配用45kW的电机。该机的真空度较好，在生产过程中宜保持在-0.092以上。
该机主轴的最大转速为19.8转/min，电路配置变频器，其转速可根据生产需要方便地进行调整。
2.2.6 瓦坯自动切割机
该切割机的型号为WDQ-2型，其工作原理是：瓦坯从挤出机模具口挤出后通过托辊前进，托辊则安装于切割机的小车上，托辊前方设有挡板，当瓦坯抵达挡板位置后，推动板启动从而带动小车前进，在小车前进到设定位置时，小车上的切弓对坯体进行切割，切割完成后挡板打开，切割好的瓦坯在前面高速托辊输送下快速通过，然后托板和小车复位等待下一次切割。由于切弓切割时与坯体完全同步前进，从而实现了动态同步切割，切口平直、切割精度高，效果好。
2.2.7全自动压瓦机
该机型号为WYJ100-1（见图所示），主电机功率为7.5kW，生产能力为15～18片/min，该机是琉璃瓦自动生产线上的核心设备。
该机主要由机体、滑压台、六方转轮、前后机械手和吸盘系统等部件组成。瓦模的上模安装在上部滑压台上，而在下方的六方形转轮上则安装了六副下模。
工作时，前端的取坯机械手将琉璃瓦毛坯从自动切割机上吸起并放到六方形转轮向后倾斜60度角的一个下模上，然后六方转轮绕轴心转动60度，使瓦坯处于水平位置，此时上模滑压台被带动向下运动来进行压瓦，同时前端机械手又将下一块毛坯放到下一个处于后倾60度角位置的下模上，瓦坯经二次加压完成压制后，滑台带动上模上移，六方转轮则向后转动60度，将压好的瓦坯送到压瓦机后端前倾60度的位置上，并由后机械手取走，滑台则带动上模下压进入下一个工作循环。
2.2.8隧道式一次干燥窑
该干燥窑共有三条通道，每条长度为90m，宽度为3m，每一通道内设二对车轨，共六车道，每窑容车60辆。该干燥窑采用隧道窑冷却带余热和排烟风机的废烟气作为热源，用风机抽湿进行负压排潮。最高温度可调节为50～150℃，设计的干燥周期为20～24h。
2.2.9 自动施釉线
自动施釉线由自动挂瓦机、自动淋釉机、架空的瓦坯输送链条及驱动装置等组成。与手工施釉相比，自动施釉机所施釉釉面平滑均匀、质感好，效率高。
自动施釉机的工作原理是瓦坯从自动挂瓦机上依次挂起后并随链条不断向前运动，当经过自动施釉机时，施釉机的淋釉头经定位装置对准瓦坯喷淋施釉，瓦坯随链条继续前移，经过一段距离的移动后瓦坯上的釉面已较干，随后到达码瓦装窑位置后，由人工取下装窑即可。
为了便于操作，该生产线还沿施釉平行位置设置了一条储坯链条吊篮输送线，用于釉坯的临时存储。
2.2.10 二次干燥窑
该二次干燥窑以直径1.2m的煤气热风炉为热源，窑内宽为2.6m，高度与隧道窑同一规格。其主要作用是将经过一次干燥后施釉的釉坯装上焙烧车，在150～180℃温度下进行二次干燥和预热，经过8～10h的干燥后坯体含水率可以低于1%，从而可以使窑头温度达到200～250℃，加快产品的升温速度和避免产品炸裂。
2.2.11高温隧道窑
该窑以发生炉煤气为燃料，内宽2.6m，有效高度0.65m，全长126m，其中预热带39m、烧成带36m、冷却带51m。全窑共设置120支烧嘴，在预热带下排设有12对，在烧成带分上下两排设置48对。左右两侧烧嘴错开，窑炉的最高设计烧成温度为1200℃，设计烧成周期为21h，日产西瓦2.5万片。
3 生产原料和配方
3.1 坯用原料及配方
3.1.1 坯用原料
高岭土：产于朝鲜北部地区，外观呈灰白色，块状软质粘土，可塑性较好，含有较多块状木碳类杂质，铁、钛等元素含量也较高，在1200℃高温烧成后呈灰黑色。用于琉璃瓦生产的主要作用是提高坯料的可塑性，防止琉璃瓦坯体在压制和干燥过程中开裂。据朝方介绍，该高岭土矿从十五世起已开始开发用于朝鲜日用陶瓷的生产，是朝鲜最著名的粘土矿，矿床储量大，但距离厂区800多公里，需要通过铁路运输，而目前朝鲜的运力紧张，所以朝方希望尽可能地少用甚至不使用该原料。
八清里粘土：产于厂区25公里外的一个地名叫“八清里”的地方，是朝鲜传统土瓦的生产原料。据说以该粘土为主要原料手工生产的土瓦已有上百年历史。该原料是一种外观类似我国广东黑泥的块状软质粘土，有机物含量高，但铝含量较低，可塑性不好，在自然干燥条件下单独挤压成形也很容易出现开裂，其压延性能也较差，不足以单独成形。
宝山红土：宝山红土产于离厂区20多公里的农田，外观呈红色，也为软质粘土，其粘性大，压延性能也较好，但可塑性差。将该原料引入琉璃瓦坯料中主要是为了提高坯料的压延性，降低坯体的有机质，有利于琉璃瓦压制和烧成。开发该原料就不得不损毁农田，所以朝方也希望能少用甚至不使用。
白海砂：产于朝鲜西海岸，资源十分丰富，离厂区也仅20多海里，是一种外观为白色的石英细砂，入厂粒度为20目。将石英砂引入琉璃瓦生产的作用主要是降低琉璃瓦干燥和烧成收缩，减少变形。
以上四种原料的化学组成如表1所示。
3.1.2 坯体配方
经过对原料的分析和一系列的试验后，最后确定生产配方，其配比如表2所示。
3.2 釉用原料及其配方
釉用原料如下：
含铅透明熔块：产地为中国山东，化学成份如表3所示。在釉中使用含铅熔块主要是使釉料能在较低温度下成熟并有良好的光泽。
钾长石粉：产地为朝鲜，入厂时过120目细粉料，白度较好，在釉中使用钾长石主要起到熔剂作用，同时能提高釉料始熔温度和釉面硬度等性能。其化学成分见表3。
中国高岭土：产地为中国江苏，在釉中引入高岭土的目的主要是提高釉浆的悬浮性和附着力，防止釉浆沉淀并能拓宽釉料成熟温度范围。
方解石粉：产地为中国山东，在熔块釉中引入方解石的主要作用是组成复合熔剂，降低釉料高温粘度，提高釉面光泽。但用量不宜过多，否则容易引起析晶失透现象。
碳酸钡粉：产地为中国，在釉中与其它熔剂组份可形成复合熔剂，降低釉料的成熟温度和高温粘度，提高釉面光泽度。
氧化铝粉：产地为中国贵州，在熔块釉中使用氧化铝粉的目的主要是提高釉的起熔点，拓宽釉料的成熟温度范围。
氧化锌：产地为中国柳州，外观呈浅黄色。在釉中使用煅烧过的氧化锌粉，作为釉料中的强熔剂，能有效地降低釉料的成熟温度、高温粘度和表面张力，提高釉面光泽度和覆盖能力。但氧化锌在釉中也是结晶剂，用量过高或产品冷却不当时容易造成釉面结晶现象，从而影响釉面光泽。
经过多次试验后，最终确定如表4所列的釉料的生产配方。
4主要的生产工艺参数
4.1 原料处理及成形
（1） 对辊机间隙：一次对辊间隙1.8～2mm；
二次对辊间隙0.8～1.0mm
（2） 坯料陈腐时间：≥24h
（3） 瓦坯挤出成形水分：18～19%
（4） 挤出机真空度≤-0.090MPa
（5） 挤出压力：≥1.0～1.5MPa
（6） 自动压瓦机压力：≥100t
4.2 釉料制备及施釉
（1） 料：球：水(wt%)=1：1.5：0.8
（2） 球磨时间：装料量1.0t，球磨时间12h
（3） 球磨细度：过325目筛，筛余率4～7%
（4） 釉料比重：1.70～1.75
（5） 施釉量：85～95g(产品规格315mm×315mm)
4.3 干燥及烧成
（1） 瓦坯自然干燥时间：≥24h
（2） 一次干燥窑最高温度45～80℃，干燥周期24h
（3） 一次干燥后坯体含水率4～6%
（4） 二次干燥最高温度：180～200℃
（5） 坯体入窑水份＜1%
（6） 最高烧成温度：1025℃
（7） 烧成周期：17～20h
5产品性能
生产线正常生产后，依据JC709-1998《中国建材行业烧结瓦产品标准》对产品性能进行了检测，检测结果完全达标。主要性能测定结果如下：
（1） 产品吸水率：6～8%
（2） 脊瓦弯曲破坏荷重为2800N，主瓦抗弯强度符合要求。
（3） 130±2℃～－15±5℃热交换3次无开裂。
（4） 抗冻性：－20±3℃～15-25℃反复冻熔31h，期间15次无分层、崩解等现象。
6问题分析及讨论
6.1 前期的原料考查和试验工作应充分重视
按照正常工作程序，一个项目首先应进行立项，立项以后要进行可行性研究，这里有很多工作要做，其别重要的一项就是对原料进行考查和试验，这个工作一定要做到实处。遗憾的是，由于多种原因，朝方在从未接触过现代化琉璃瓦生产技术的情况下，既没有将原料寄往中国琉璃瓦厂进行中试，也没有请中方专业工程师到现场考察确认，就简单地断定当地手工生产土瓦的八清里粘土能单独作为坯料来生产琉璃瓦，并大批量购进。中方工程师到现场时却发现该原料可塑性不足，且有机物含量高，根本不可能单独成瓷生产琉璃瓦。在此种情况下不得不重新进行原料筛选和开发工作，从而浪费时间，推迟了试生产日期。
6.2 工艺路线的设计和机械设备选型应和原料性能相适应
本生产线在项目方案设计时为了节省投资，把方案中本该配置的细碎原料设备雷蒙机从方案中省去，从而给后期的生产工艺和配方工作带来了极大的限制和困难。例如中方技术人员在否定了八清里粘土单独成形的可能性后，发现产于朝鲜北部的高岭土可塑性较好，足以保证琉璃瓦成形的塑性需要，但该原料中含有较多的大块木质有机物，如果不能粉碎到1mm以下将极易产生坯泡和黑心缺陷，因没有高效的细碎设备，从而给后来的配方工作带来很大的不便。此外朝方厂区附近盛产的可用于生产琉璃瓦的硬质陶石，也因为没有配备细碎设备而不得不弃用。所以，在生产线设计时不能一味地追求节约投资，应在原料考查试验的基础上充分考虑生产工艺需求，该上的设备一定不能省。
6.3 隧道窑应根据琉璃瓦的特点和原料性能进行设计
琉璃瓦是一种看似简单的陶质产品，但琉璃瓦的生产窑炉有其自身的特点和要求，如果简单地套用其他窑炉进行设计和施工往往难以达到最佳效果。
一是窑炉三带比例的问题。对于琉璃瓦而言，其结构造型简单，但厚度较厚（通常在15～20mm）且是湿法真空挤出成形，坯体致密度高，烧成时有机物的氧化以及碳酸盐的分解等都比较困难，如果原料有机物含量高，则问题就更严重。所以生产琉璃瓦时必须保证有足够长的氧化分解时间，相应地要求隧道窑的预热带和烧成带较长。
而对于冷却带而言，因为产品结构均一、造型简单、体积小，虽然较厚，也能较快地均匀冷却，加上产品吸水率较高（我国现行行业标准规定为12%）、玻璃相较少，所以不易风惊，因此冷却带可以更短一些。
在朝鲜项目中，窑炉全长为126m，但冷却带却占了51m，占全窑比例的40%，烧成时很容易造成产品黑心和起泡缺陷，如果烧成带的长度能相应加长10～15m，缩短相应长度的冷却带，效果将更加理想。
二是窑炉气幕问题。朝鲜琉璃瓦生产线的隧道窑在窑头未设窑门而设有气封气幕，并在预热带设有搅拌气幕，但不知出于何种原因，气封气幕和搅拌气幕的气源却都使用室内的室温空气，笔者认为这不甚合理，因为设计窑头气幕风的目的应该是阻止窑外冷空气漏入处于负压的预热带，如果使用冷风作气源，冷气源被吸入窑头，气幕本身就没有了意义。此外，搅拌气幕使用冷风也降低了窑头的温度。原本经过二次干燥后的瓦坯已被加热到150℃以上，结果在入窑时却先被冷却，这不但造成能源的浪费，还压低了窑炉预热带的升温曲线，不利于提高瓦坯的物化反应效率。根据笔者的建议，朝方将在以后停产检修时将气源改为冷却带的余热风。
三是窑炉的排烟能力。必须要有足够的余量，排烟口的布置必须合理，否则在生产过程中原料配方的有机物含量又较高时，就难以保证将燃烧后的废气及时排走，进而影响到窑内气氛和釉面质量。
7结 束 语
在中朝双方的共同努力下，朝鲜自动化现代琉璃瓦生产线终于在2008年8月正常生产，首批产品将用于朝鲜国家大戏院的建设。该生产线的顺利投产标志着炜达公司出口的全自动琉璃瓦生产线在朝鲜取得了成功，这同时也是中国国产琉璃瓦生产设备和技术水平不断提高的标志。