泥料制备工艺及设备

8．1　泥料制备工艺及设备

泥料一般是用于挤压成形用的坯料，属于半硬塑性料，因此希望在含水率低于18%～25%的情况下，具有良好的可塑性，在一定的外力作用下不致开裂。此外，坯料各种原料与水分均应混合均匀，同时空气含量尽可能低。

8．1．1　泥浆的制备工艺与设备

1．泥浆的制备工艺流程及特点

在泥料的湿法制备过程中首先是制成泥浆，一般泥浆的制备工艺流程如图8．1所示:

这种塑性泥料制备过程中所需泥浆的制备方法工艺比较简单，在原料中碎前加水，解决了中碎工序的粉尘问题。进行湿法装磨，降低了工人的劳动强度并提高了装磨效率。但是这种方法的配料准确性较差。因为将硬质原料和软质原料称量进行湿磨后的泥浆进入浆池，再用砂浆泵打入球磨机进行湿磨的过程中，由于硬质原料和和软质原料密度不同，砂浆泵将一个浆池中的泥浆先后分别打入几个球磨机，各球磨机中的泥浆组成有一定差别。解决这一问题的方法是按一池一球磨进行称量湿磨，但这样做使得浆池和泥浆泵数量增多，成本增加。

2．泥浆制备主要工序和设备

(1)原料的破碎

原料破碎是指固体物料在外力作用下，由大块分裂成细粉的过程。粉碎的目的在于可使各种原料混合均匀，增大其表面积，促使坯料在烧成过程中易于进行固相反应或熔融，从而提高反应速度，并使烧成温度降低。进厂原料的块度一般在15～20cm，为有效的利用粉碎设备，提高粉碎效率，常将原料粉碎分三步进行:

粗碎:粉碎后料块大小在4～5cm以下。

中碎:粉碎后物料颗粒大小约0．3～0．5cm。

细碎:粉碎后物料微粒大小约0．1～61μm。

图8．1　泥浆的制备工艺流程图

破碎是制备坯料中占成本最高的工序，除消耗大量电能外，在设备检修和维护方面亦要付出较大的费用。在选择确定原料粉碎设备时，应考虑下列因素:

①原料的物性，如硬度、脆性、含水率、块度等;

②粉碎比，能否达到所要求的粒度和颗粒组成;

③粉碎机械的作用性能，如能耗大小、生产能力、耐久性、操作维修是否方便;

④粉碎过程中是否会带入杂质，污染原料;

⑤粉碎作业可以通过不同的流程来完成，如粗碎、中碎、细碎机械的组合，破碎机械与筛分设备的组合，粉磨机械与分级设备的组合，以获得最好的技术经济效果。

陶瓷厂常用的粉碎机械有:颚式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、轮碾机、雷蒙机、振动磨、球磨机等破粉碎设备。现分别介绍如下:

①颚式破碎机

在陶瓷生产中常用颚式破碎机对大块硬质原料如石英、长石等进行粗碎(如图8．2所示)。它的工作原理是破碎机工作时活动颚板对固定颚板做周期往复运动。当物料靠近颚板时，在两颚板间被破碎，离开时被破碎的物料靠重力作用而自动卸出。出料块度可通过调节出口处两牙板间距来控制，但其进料块度大，出料块度也较粗，可调范围较小，粉碎比不大(约为4)。

图8．2　颚式破碎机

颚式破碎机的优点是构造简单，使用、维护、检修容易，工作安全可靠，价格低廉。缺点是属间歇性工作，有空转行程，动力消耗大，冲击振动剧烈，噪声大，不适于破碎片状、韧性和黏性物料。

选型时不仅要满足机器生产能力的需求而且要根据被破碎物料的物量、块度和出料块度来选择。破碎机的生产能力可按照式8－1来计算:

G=0．06μρkbsd/tgФ(8－1)

式中:G为破碎机的生产能力，kg/h;

μ为物料的松动系数，0．4～0．7;

ρ为物料的密度;

Ф为钳角;

k为牙板摆动次数，次/分;

b为进料口长度，m;

s为进料板之开程，m;

d为破碎后最大物料块之直径，mm。

一般按式8－2计算颚式破碎机进料口的宽度:

B=D_max/(0．75～0．85)(8－2)

式中:B为破碎机进料口的宽度，m;

D_max为被破碎物料的最大直径，m。

②辊式破碎机

辊式破碎机(如图8．3所示)用于中等硬度物料的中碎和细碎作业，也可用于粉碎潮湿的黏性物料。例如硬质黏土、煅烧过的黏土、白云石、长石等。其工作原理是破碎的物料落入对辊机腔，作相对旋转的辊筒借助摩擦力将物料卷入两辊筒表面之间进行压碎，粉碎后的物料被转辊推出，靠重力作用向下卸落。辊子的工作表面可根据使用要求选用光面、槽面或齿面。辊式破碎机的规格是以辊筒的直径和长度来表示的。

图8．3　辊式破碎机

辊式破碎机的优点是结构简单、调节方便灵活，破碎物料粒度均匀，能粉碎黏湿物料，造价低廉，辊子表面镶上耐磨的刚玉衬套后，可防止铁质对被粉碎物料的污染。缺点是生产能力低，占地面积大，噪声大。

图8．4　锤式破碎机

③锤式破碎机

锤式粉碎机(如图8．4所示)主要用来对硬度不高的物料进行中碎。其工作原理是物料在粉碎机内受到快速旋转锤子的直接冲击，物料被抛起撞到衬板，料块之间相互撞击而被击碎。锤式粉碎机的规格以锤子外缘直径和转子的工作长度表示。

锤式破碎机的优点是粉碎比高(10～50)，产量大，单位能耗低，体型紧凑，结构简单易控制，产品粒度均匀，投资小，因此获得广泛使用。缺点是粉碎坚硬物料时，锤子和箅条磨损大，当有金属零件落入破碎机加料口时，机器的角年易遭损坏或损伤。破碎黏性物料时易发生堵料现象，且要求喂料均匀等。

图8．5　雷蒙磨机

④悬辊式磨机(雷蒙磨机)

雷蒙磨机(如图8．5所示)是一种高效率的干法细碎设备，适用于粉磨中等硬度或软质的物料，如黏土、石膏等，可获得细度达0．044mm的干粉料。一般本身都带有空气分级装置。其工作过程是物料由斗式提升机输送到贮料斗，再由电磁振动给料机将物料定量连续地送入环辊粉磨部分研磨，研磨后的物料由风路进入分级设备，细颗粒经收尘器收集为成品，粗颗粒再送回贮料斗进行循环粉磨处理。雷蒙机的规格以磨辊的个数和磨辊的直径和长度来表示。例如4R－3216，表示四辊，辊的直径是320mm，辊的长度是160mm。

雷蒙机采用圈流式粉碎流程，较少发生物料的过渡粉碎，与球磨机相比，结构紧凑易于调节，占地面积小，生产能力较高，单位功耗较低，粉磨效率高，产品细度均匀，所需细度的99%能通过相应筛目，这是其他粉碎机做不到的。缺点是不适用于粉磨硬度大的原料，磨损大，产品的粒度分布较窄，故不宜处理有粒级要求的粉料，且粉碎时带入0．1%以上的铁质，对产品质量有影响，因此，目前在陶瓷工厂中应用不多。

⑤轮碾机

轮碾机(如图8．6所示)适用于物料的中碎、细碎或粗磨，主要由碾轮和碾盘及传动系统组成，其工作原理是物料在碾轮的重力作用及碾轮与碾盘之间的相互滑动下将物料进行反复碾压与研磨，同时起到混合物料的作用。轮碾机的碾轮和碾盘多是石质的，可有效防止铁质混入。轮碾机的规格以碾轮的宽度乘以其直径来表示。轮碾愈重，尺寸愈大，粉碎能力愈强。轮碾级机的粉碎比较大(约为10)，其细度是由粉碎系统的筛分设备控制。细度要求愈细，则筛分设备的回料量愈大，生产能力相对降低。

轮碾机的特点是既可用来干碾，也可以用来湿碾，虽然生产效率低，但由于其碾碎的物料具有较合理的颗粒级配，从微米级颗粒到毫米级颗粒，粒径分布范围较宽，因而在陶瓷行业中使用极其广泛。

⑥振动磨

振动磨(如图8．7所示)是一种新型的超细粉碎设备，是利用研磨介质在磨机内作高频振动而将物料粉碎的。研磨介质做激烈的循环运动和自转运动，对物料进行过度的研磨作用。固体物料在结构上总是有缺陷的，在高频振动下会沿着物料最弱的地方产生疲劳破坏，这就是振动磨所以能有效地对物料进行超细粉碎的原因。

图8．6　轮碾机

图8．7　振动磨

振动磨的优点是粉磨效率较高，特别是对坚硬物料的超细磨(将物料磨至0．02mm以下)，工作效果更为显著，且结构简单，外形尺寸比球磨机小，操作方便。缺点是内衬磨损较快，产量小，电耗大。在陶瓷工业中用于粉磨陶瓷颜料和釉料，在某种情况下也可用于粉碎坯料。

⑦球磨机

球磨机(如图8．8、8．9所示)是目前陶瓷工业上广泛使用的粉磨设备，其主要功能是粉磨和混合陶瓷原料。其工作原理为当筒体旋转时带动筒体内装填的物料及研磨体旋转，靠离心力和摩擦力的共同作用，将研磨体带到一定高度，由于重力作用落下，粉料便受到冲击与研磨而粉碎。球磨机的内衬可采用燧石、瓷质砖、橡胶等用来保护筒体和防止铁质污染物料。研磨体一般为鹅卵石、燧石和瓷球等。

球磨机的优点是粉磨能力强，粉碎比高达300以上。对大多数物料能磨细，混合均匀，并能适应规模生产，适应各种工况的操作，如干法粉磨、混法粉磨、粉磨烘干同时进行。构造简单，操作安全可靠，可长期连续运转，调节、维修、管理方便。其不足之处是:体形笨重，工效低，单位能耗大，操作时有噪音，并有振动。

图8．8　干法球磨机

图8．9　湿法球磨机

根据生产工艺的规模和条件等的不同，有各种不同型式的球磨机。不过，就陶瓷工业来说，由于生产工艺要求(如需要准确控制每批原料的各项工艺参数、原料中不允许铁质掺入等)以及从结构简单、操作维修方便，使用上机动灵活等方面考虑，通常采用间歇式球磨机。间歇式球磨机又分为干式球磨机和湿式球磨机两种，陶瓷厂多数采用间歇式湿式球磨机研磨坯釉料。这是由于湿式球磨时，水对原料颗粒表面的裂缝有劈尖作用，其研磨效率比干式球磨高，制备的泥浆品质比干磨的好，泥浆除铁比干粉除铁阻力小、效率高，而且无粉尘飞扬。

球磨是坯料制备的关键工序之一，它不仅要满足坯料的细度和颗粒级配的要求，而且要满足各种原料混合的均匀性。球磨动力消耗大，约占全厂总动力的50%～60%，提高球磨效率是十分重要的课题之一。影响球磨效率的因素如下:

a．球磨机的转速

球磨机的转速对粉碎效果有直接影响，太快、太慢均不利于生产效率的提高。如果转速太慢，则球与原料沿磨壁上升达不到很大高度即向下滑动，此时只有摩擦作用而无撞击作用，所以效率很低。当转速适宜时，球石带着原料由离心力的作用沿磨壁上升能达到一定高度，然后倾斜落下撞击在下部的物料或球石上，此时不仅有摩擦作用，且由于球石由最大高度处落下，所以达到最大撞击力，因此球磨效率最高。如果转速过高时，球石的离心力超过其自身重力，因而带着原料和水随磨壁一起旋转，不可能在一定高度处下落，所以球磨效率又要下降。

磨机的工作转速是指磨研体产生最大粉碎效果时的转速。这个转速和磨机的内径有关。一般，可按经验公式8－3、8－4、8－5取值:

当球磨机内径D＜1．25m时，工作转速

当球磨机内径D= 1．25～1．7m时，工作转速

当球磨机内径D＞1．7m时，工作转速

式中:n为球磨机的转速，单位为r/min，

D为球磨机的有效直径。一般，1t的球磨机转速宜为25～28r/min。b．研磨体的比重、大小和形状、装载量

增大研磨体的比重，一方面可以加强它的冲击能力，同时可以适当减少其体积，提高研磨作用。选用高铝质瓷球或刚玉瓷球，可提高粉碎效率，减少本身的磨耗。

研磨体大小和级配取决于球磨机的直径以及粉料的性质。大的研磨体冲击力大，而小的研磨体与原料接触面积大，研磨体作用也强。研磨体通常为磨机直径的1/20，当脆性料多时，研磨体应稍大，黏性料多时，研磨体应稍小。

根据物料的易磨系数、入磨物料的粒度大小和工艺要求的细度，对研磨体的平均直径级配进行调配。研磨体的最佳级配来自工厂的生产经验。在陶瓷厂大多采用天然的鹅卵石作研磨体，一般采用三级级配。大球为70～100mm，中球为50～70mm，小球为30mm左右。调配时，大球占25%;中球占20%～40%;小球占40%～50%。研磨体的形状有球形、扁平状和圆柱状。后两种研磨体因接触面积大而研磨作用强，但圆球状的冲击力较集中。考虑成本，目前陶瓷厂一般采用天然鹅卵石做球石，应该选择表面光滑的蛋形和圆形为好。

研磨体装载量对粉磨效率有一定的影响:装载少，其效率低;装载过多，运转时研磨之间干扰大，破坏了研磨体的正常循环，降低了粉磨效率。一般研磨体所占的体积为全容积的40%左右较合理。

c．料、球、水的比例

采用干法球磨时，确定料与球的比例原则是充分发挥研磨体的冲击作用，原料填满空隙并包围研磨体。原料与研磨体的松散堆积体积比一般为1∶(1．3～1．6)。比重大的研磨体可取下限，比重小的可取上限。

采用湿法球磨时，需确定料、球、水的比例。装入球磨机的原料量应以能充满所有研磨体孔隙，并稍稍超过为宜。实践证明，当研磨体与原料的装载量为球磨机全部容积的55%～60%时，对提高单位时间的产量是有利的。加水量的多少主要决定于加入原料量的多少及黏土原料的性质。对可塑性黏土，加水量应该大一些。如加水过少，则浆料太浓，研磨体黏上一层原料或研磨体黏在一起，减弱了研磨体的研磨和冲击作用，如加水过多，料浆太稀，球料易“打滑”，同样降低研磨效率。加水时，既要求添满研磨体及原料之间空隙，还应考虑原料的吸水性，如黏土等不太吸水，通常情况软质原料多则应多加水。用不同大小的研磨体研磨普通坯料时，其料∶球∶水=1∶(1．5～2．0)∶(0．8～1．2)。最佳的含水量要根据物料的工艺性能通过实验确定。

d．加料方式及入磨粒度

加料顺序主要取决于被研磨原料的易磨性和工艺上对粒度的要求。球磨坯料时，一般先将难磨的硬质原料如石英、长石、瓷粉和少量的黏土加入磨机内粉磨一定细度后，再将易磨的原料全部加入，这样可以提高球磨效率。

入磨粒度越小，球磨时间越短，但过细势必增加中碎的负担，通常球磨机加料粒度为2mm左右为宜。目前，为了缩小入磨粒度，一般采用细碎后进球磨或直接粉料进磨机，这样球磨时间缩短，能耗降低，生产效率得以提高。

e．按时增补研磨体

球磨机在粉磨过程中，研磨体不断磨损，使研磨体的装载量逐渐减少影响球磨效率。为了保持一定研磨体装载量和级配，球磨机运转一定时间后要补加一定的大、中研磨体。补加研磨体的数量及补加的间隔时间，取决于原料的易磨性及研磨体的质量。一般按实际损耗量来增补。

f．助磨剂

加入适量表面活性物质可以有利于粉碎，提高细度，缩短研磨时间。选择助磨剂时应考虑粉碎物质的化学本性。当研磨酸性陶瓷材料时，可采用含碱性活性基团的表面活性物质，如羧甲基纤维素;当研磨碱性物质时，可采用酸性表面活性物质作助磨剂，如脂肪酸、石蜡，如Ca、Ba、钛酸盐，镁质铝硅酸盐。干法球磨时可用油酸作助磨剂，湿法球磨可用亚硫酸纸浆废液和松香皂等作助磨剂。助磨剂的用量一般在1%以下(0．5%～0．6%)。最后加入量取决于试验。

此外，选用大型磨机可降低单位产量的动力消耗。在国外将球磨安装在地下室依靠磨机自身发热，提高球磨机温度，降低泥浆黏度，提高研磨效率，还可以减少噪音。

球磨机的选型不仅要确定型号规格而且要确定台数，选择依据是用途、产量要求、球磨机工艺特点和时间、配套设施条件(如供电、供水、厂地情况)等。球磨机的实际生产能力在国内的陶瓷行业是以每台磨机每天粉磨物料的重量(t/d)来表示，计算公式如8－6。Q=G₀×24/T(8－6)

式中:

Q:台机每天产量，t/d;

G₀:台机每次装填粉磨物料的量，t/次;

T:磨机球磨周期，h;

24:磨机三班制工作，每天总开工时间。

确定磨机台数按式8－7计算:Z≥KW/Q(8－7)

式中:

W:生产任务，t/d;

K:余量系数，一般K=1．05～1．1。

根据我国建筑陶瓷生产的具体情况，大量实践说明按下述原则选用是适宜的:陶瓷墙地砖生产中选用大型球磨机;釉料生产中一般选用小(中)型球磨机。台数的决定按上式计算。对于细度要求在40～60μm以下的物料粉磨，球磨机的粉磨效率很低，应避免选用。

除上述粉碎设备外，目前国内外还普遍采用气流粉碎的方法。气流粉碎也是一种超细粉碎物料的方法，是利用高压气体作为介质，物料在高速气流的作用下，相互撞击、摩擦、剪切而迅速破碎，进料粒度约在0．1～1mm之间，出料粒度可达1μm左右。

(2)物料的输送

①固体物料的输送

a．胶带输送机

陶瓷原料的输送除常使用的铲车、小翻斗车、手推车外，还广泛使用胶带输送机。主要用于水平方向和坡度不大(≤18°)的倾斜方向输送各种块状、粒状等物料。

图8．10　胶带输送机

胶带输送机(如图8．10所示)由一条无端的胶带绕在传动辊筒和改向辊筒上，并由上下托辊支承，靠传动辊筒与胶带间的摩擦力带动胶带运行。物料由给料装置加到胶带上，被运行的胶带输送到卸料装置时物料被卸出。胶带输送机的规格以带宽×带长表示。

胶带输送机的优点是运输能力大、距离长，动力消耗低，工作平稳可靠，结构简单，操作维护方便，可多点卸料，成本低。缺点是运输倾斜角不能太大。

b．斗式提升机

斗式提升机(如图8．11所示)是一种利用胶带或链条做牵引来带动料斗对物料进行输送的运输设备，适用于散状或小块物料的输送。斗式提升机由牵引件、料斗、头轮、尾轮、驱动装置、张紧装置、带密封外壳和机架等组成，通常作垂直安装或斜度很大(≥70°)的倾斜安装。斗式提升机的装料方式可根据物料的性状选择，如流动性好的细碎物料及磨损性不太严重的物料选用掏取式;若大块料及磨损性强的物料选用流入式。卸料方式有离心卸料，适用于粉末状、粒状、小块物料;离心重力式卸料，适用于流动性不太好的物料及含水物料;重力卸料，用于块状及磨损性的物料。

斗式提升机的优点是占地面积小，提升高度大，可达30～60m，一般为12～20m，有良好的密封性能，结构简单。缺点是对过载敏感性大，料斗和牵引件易损坏，易混入铁质，维修量大。

c．螺旋输送机

螺旋输送机(如图8．12所示)是利用刚性螺旋的原地旋转来实现物料的轴向输送，它由螺旋轴、机壳和驱动装置所组成。当驱动装置使螺旋轴转动时，借助于连续的螺旋面对喂入机壳内的物料的推移作用而实现对物料的强迫输送。

图8．11　斗式提升机

图8．12　螺旋输送机

螺旋输送机适用于各种粉状、粒状的小块物料的短距离(＜50m)水平或倾斜(＜20°)输送。其主要优点是结构简单，体积紧凑，传动方便，易密封，操作管理方便，占地面积小等。缺点是运行时阻力大，动力消耗大，机体磨损较快，输送黏性大或易结块的物料时，容易造成堵塞。

②泥浆的输送

泥浆泵是陶瓷厂中最重要的专用通用机械。依其在陶瓷工业生产中的用途分为两大类:一类是主要以输送泥浆为目的的输送泵，另一类是主要以提高泥浆压力能为目的的压力泵。前者如泥浆的过筛、除铁、搅拌、入磨等用泵，后者如压滤机、喷雾干燥等用泵。

输送泥浆用泵要求压强不高，主要是经济耐用，有足够的流量，通常选用离心泵中的污水泵、砂泵、陶瓷泵、气功泵等通用机械泵，也可选用从压力泵岗位上退下来的柱塞隔膜泵。对于泥浆压力泵主要要求压力、性能、流量技术性能指标满足生产工艺而又经济耐用。陶瓷厂中用于泥浆输送系的压力泵主要有隔膜泵和柱塞泵。

a．机械传动隔膜泵

机械传动隔膜泵(如图8．13所示)是陶瓷工业中广泛使用的一种传统泵型，它的工作原理是利用活塞在泵体内往复运动，存在于泵体内的水或油压迫隔膜，使其向左右两边做周期性鼓动，从而将隔膜另一边的泥浆抽进或排出。由于泵体、活塞和输送的液体被隔膜分隔开来，因此可以输送含有腐蚀性物料的泥浆。它的特点是结实耐用，但不易调节，较笨重，不易用于高压。

图8．13　电动隔膜泵

b．气动隔膜泵

气动隔膜泵(如图8．14所示)是国内外日益广泛使用的一种泵型，它是以压缩空气为动力，结构小巧、紧凑、可以方便地通过调节压缩空气的流量而调节泥浆流量。

c．液压柱塞泵

液压柱塞泵(如图8．15所示)是伴随喷雾干燥工艺而发展起来的一种泵型，采用液压传动，活塞用耐磨性硬质高铝瓷制成，在工作压力范围内可任意调整压力，并在流量调整时可将压力固定在给定值。

其特点是结构简单，维修容易，工作可靠。随着柱塞直径的加大，泵流量也加大，适用于高层、远距离输浆，使用范围在扩大。

图8．14　气动隔膜泵

图8．15　柱塞泵

(3)筛分

筛分是指利用具有一定大小孔径的筛面，将物料按其颗粒大小不同分为若干级别的过程。其目的是使物料的颗粒大小适合下一工序的需要和剔除杂质，因此在原料加工的不同工序中使用不同类型、不同规格的筛子。

筛分有干筛和湿筛两种。干筛的筛分效率主要取决于物料温度、物料相对于筛网的运动形式以及物料层厚度。湿筛的筛分效率主要取决于料浆的稠度和黏度。常用的筛分设备主要有以下几种:

①摇动筛

摇动筛是利用重力、惯性力和物料与筛面之间的摩擦力，通过曲柄连杆机构使筛面做往复直线运动，则物料与筛面间产生相对运动，从而达到筛分目的。一般用于中碎后细粒的分离，并与中碎设备构成闭路循环系统。摇动筛可用于干筛分和湿筛分。

②振动筛

振动筛除了使筛机本身摇动以达到物料在筛面上产生相对运动的目的外，还可以使筛机产生高频率的上下振动，这种振动加剧了物料之间和物料与筛面之间的相对运动，防止了筛孔的堵塞，从而提高了细筛的筛分效率。振动筛按其产生振动的方法可分为惯性振动筛、偏心振动筛和电磁振动筛等。陶瓷生产中广泛采用惯性振动筛，振幅不大(1～5mm)，但频率高、结构简单、电耗低、筛分效率高。按筛面形状又可分为方形振动筛和圆形振动筛两种(如图8．16、8．17所示)，一般方形振动筛用于干筛，圆形振动筛用于湿筛。

图8．16　方形振动筛

图8．17　圆形振动筛

③回转筛

在陶瓷行业中回转筛(如图8．18所示)通常用于物料的粗选。它的筛面形状有圆筒形、圆锥形和多角形等，主要由筛面、回转筒体、支架和传动装置等组成。主轴带动回转筛做等速回转运动，物料由于与筛面的摩擦力而被带至一定高度后下滑，达到筛分的目的。回转筛由于筛面只做回转运动，在筛分时物料与筛面之间的相对运动很小，使相当大一部分细粒分层停留在上层，没有被分离出去，所以筛分效率低，不适合筛分含水量大的物料。但由于其简单实用，在粗筛工艺中仍有选用的价值。

(4)除铁

图8．18　回转筛

陶瓷原料中含有过量的铁，直接影响制品的外观色泽、质量和性能，因此对原料中的铁含量要严加控制。通常原料中的铁质主要来自原矿或在原料加工过程中的机械磨损。原矿中的铁质矿物可采用选矿法和淘洗法除去，但这仅对粗粒原料较为有效，对细粉状的原料则可用电磁除铁设备除去。

电磁除铁设备分为干法和湿法两种(如图8．19、8．20所示)。干法一般用于分离中碎后粉料中的铁质，而湿法是用于泥浆除铁。目前我国陶瓷工业所用干法除铁设备有电轮式磁选机、滚筒式磁选机和传送带式磁选机。由于物料与磁极间均存在间隙，因此干式磁选机实际有效磁场强度很低，只有在薄层料流的情况下对强磁性铁矿物有效，而其磁选效率仍很低。因此根据生产工艺特点和设备、经济效果综合考虑加以选择，建筑陶瓷工业中常使用湿法除铁设备，常用的泥浆除铁器有删格式、槽式和过滤式三种。一般为抽出滤芯冲洗铁渣的间歇式磁选机，近年来又出现了自动排渣磁选机。一般而言，除铁工序应根据原料含铁量、含铁杂质的磁性及产品的质量要求选用合适的磁选设备。除铁设备应具有尽可能高的工作场强和磁场梯度、足够的磁化距离，以及在满足产量的前提下，尽可能低的流速，并能进行及时地清洗，以满足不同产品的除铁要求。

图8．19　磁转筒式除铁器

图8．20　湿法除铁棒

现介绍建筑陶瓷中抛光砖生产中的除铁方法。

抛光砖泥浆浓度大、含铁较多、处理量较大。中、低档次的抛光砖采用永磁棒除去机械铁就可以得到较满意的效果，目前使用的永磁棒的材质为N35，规格为Φ25、Φ32，节圆处表磁约7000～8000Gs。

使用磁棒除铁的要求是:

①足够的数量:由于永磁棒只有节圆处磁场强度最强，离开节圆后磁场强度迅速衰减，所以需要足够数量的磁棒才能弥补磁场空间的不足，以增加捕捉泥浆中机械铁的机会。一般而言，生产中、低档抛光砖时，Φ25×400或Φ32×400的磁棒250～350条就够了。

②磁棒在流槽中排列要合理:由于磁棒沿轴向每隔15～18mm形成一个磁性工作圆环，而在径向则急剧衰减，所以传统横卧放置除铁效果不佳，较合理的方式是竖立平行，行与行交错排列，这样可部分弥补永磁棒自身的缺陷。

③及时清洗:由于泥浆中的铁含量较多，经过一段时间磁棒必然吸满铁杂质，如不及时清洗，磁棒就失去吸铁能力。比较好的做法是:将多条磁棒安装成一组并与刮板整合为一体，配备专用清洗机，每次清洗一组或多组磁棒，这样可提高清洗效率。

④磁棒的退磁问题:一般磁材加工的磁棒长期浸泡在较高温度的泥浆里，一段时间后会退磁，低于5000Gs时就需充磁翻新以保证除铁效果。若采用耐高温磁材加工磁棒，就不存在退磁的问题，但成本会大幅上升。磁棒除铁对于中、低档抛光砖生产不失为是一种传统的、行之有效的方法。

但随着人们对抛光砖要求的提高，部分高档抛光砖仅用磁棒除铁并不能达到满意的效果，其较有效的除铁方法是采用两级除铁，先用永磁棒进行第一次除铁，去除泥浆中部分机械铁，减少泥浆中的铁含量，为第二次精细除铁作准备;再用永磁强磁高梯度除铁机，去除泥浆中残存的细小颗粒机械铁和部分氧化铁等铁磁性杂质，以达到砖体洁白、半透明、色泽均匀，消除斑点的目的。

(5)泥浆搅拌

陶瓷泥浆是由许多性质不同的原料加工配制而成的。这些原料的混合均匀程度对制品质量有很大影响。对泥浆进行搅拌，可使泥浆保持密度均匀，不产生沉淀。

陶瓷厂中的泥浆搅拌设备为木栅式搅拌器和螺旋桨式搅拌器两种。木栅式搅拌器结构简单，但搅拌效率过低，尤其是当泥浆沉淀后即很难再将其搅拌均匀，其转速一般在15～80r/min，固所消耗动力小。

目前螺旋桨式搅拌器在建筑陶瓷厂应用最普遍。螺旋桨式搅拌器由浆池和螺旋桨叶两部分组成，靠桨叶的转动产生强烈的湍流运动来搅拌混合、潮解泥浆。即使泥浆已经沉淀，也可以翻起来，使之搅拌均匀。桨叶为2～4片，通常为3片，浆池的周边为正多边形(多为八边形)，池底为倒截棱锥面，半锥角为45°(不易产生死角)，可减小料浆随螺旋桨整体旋转，提高桨叶与料浆间的相对运动速度，从而有较好的搅拌效果。桨叶半径约相当于搅拌浆池半径的1/4，转速为150～200r/min。螺旋桨搅拌机的优点是结构简单、操作容易，搅拌作用强烈，效果较好，缺点是螺旋桨磨损较快。

除机械搅拌外，还可以采用气流搅拌。这种方法很简单，只要在料浆池中插入一根或数根开有3～6mm小孔的气管，间断地通入压缩空气就可以达到搅拌的目的。压力通常为0．2～0．4MPa，它不仅起搅拌作用，还可有效地防止铁质和油污混入。

(6)陈腐

将坯粉、泥浆和可塑泥料，放置在一定的温度和湿度的环境下，贮存一定时间的过程称为陈腐。

陈腐的主要作用是:

①使坯料中水分的分布更加均匀;

②在水和电解质的作用下，黏土颗粒充分水化和离子交换，使非可塑性矿物发生水解变为黏性物质，从而使坯料可塑性提高。

③使黏土中的有机质发酵或腐烂，变成腐植酸类物质，提高坯料可塑性。

陈腐可提高坯体成形合格率及坯体的强度，减少烧成时的变形机会。陈腐时间在1～3天时，效果比较显著。一般黏土质泥浆陈腐3～4天后黏度可降至最低数值。

由于陈腐的时间较长，占地面积较长，使生产过程不能连续化，因此生产中通常将泥浆加热，或通过对坯料的真空处理以达到陈腐的效果。

8．1．2　泥段的制备工艺与设备

1．泥段的制备工艺流程及特点

(1)干法制备

干法制备工艺流程如图8．21所示:

图8．21　泥段干法制备工艺流程图

此干法制备坯料流程的特点是采用干粉干混再加水润湿工艺，减轻了劳动强度，减少了压滤工序，便于连续化生产，工艺简单，节约能源。但对于硬度较大的原料如石英、长石等不太适合，制成坯料的均匀性和可塑性较差，同时原料经雷蒙磨机粉碎带入的铁质较多(约0．1%)，且干法除铁效果不如湿法，雷蒙磨机噪声大，粉尘也大，一般瓷厂很少采用此流程。

(2)湿法制备

湿法制备工艺流程如图8．22所示。

普通陶瓷厂生产中大都采用湿法制备可塑泥料的工艺流程。该工艺流程的优点是:将硬质原料和软质原料称重后一同投入球磨机湿磨，再将制备好的泥浆压滤脱水，所制得的坯料均匀性好，颗粒级配比较合理，微细颗粒较多，可塑性相对提高，并且生产效率高、产量大。缺点是由于泥浆制备过程中的配料准确性差，使得制成的泥段成分有一定的差别。由于引入了压滤工序，使工艺流程较干法制备复杂，设备投资大。

(3)国外常用流程:

图8．22　泥段湿法制备工艺流程图

除了上述工艺外，国外常用的工艺流程如图8．23所示:

图8．23　国外常见泥段制备工艺流程

该流程的特点是:省电、省水、省场地;工序短、简单、紧凑，所需人力少;适合流水线大生产，与自动成形机械配合，可实现全厂的自动化;要求注意防尘;由于是定容积配料，原料的粒度、干燥程度等要求较高，要求稳定。挤压成形工艺在我国应用较少，全国只有少数几条生产线。

2．泥段制备主要工序和设备

(1)压滤

一般情况下，采用湿法粉碎坯料时，得到的泥浆含水量约为60%左右，水分太多，无非直接用于塑法成形，达不到可塑泥料的成形性能要求要获得可塑泥料，通常选用压滤法对泥浆进行脱水，泥浆经压滤后可得到含水量为20%～25%的坯料。

压滤机(如图8．24所示)是湿法制泥和泥浆脱水生产工艺中的重要陶瓷专业机械。泥浆的压滤多采用间歇式压滤机，也称榨泥机。组成压滤工作部分的部件有滤板、滤布、前后堵头、筛板、密封件等。滤板有圆形和方形两种，脱水时用泵将泥浆送入压滤机，加压后，压滤机闭合压紧，使滤板间形成密封的滤室，水分通过滤布从沟纹中流向排水孔，在两滤板间形成泥饼。圆形滤板过滤室中各处受压均匀，泥饼组织均匀性好，所以生产上用圆形滤板较多。

滤板多数由铸铁制成，为了减少铁质带入坯料中，可采用硬橡胶或塑料板、铝合金，不锈钢等材料制作，滤布过去多采用帆布，现普遍采用尼龙。为了减轻操作的劳动强度，已使用半自动化和自动压滤机。

图8．24　间歇式压滤机

影响泥浆压滤效率的主要因素有以下几点:

①压力

所加压力通常根据泥饼要求的含水量来确定，压滤开始时，用较低压力，约0．3～0．5MPa，这样可以防止在滤布上形成一层致密的泥层及滤布孔堵塞而降低压滤速率。随着泥层加厚，逐渐升高压力至0．8～1．5MPa。压滤周期约为1～2小时，泥饼含水量约为20%～25%。

②泥浆温度和相对密度

将泥浆加热到一定温度，可使其黏度降低，增加榨泥速率(可将蒸气通入浆池)，通常将泥浆加热至40℃～60℃。

泥浆的相对密度一般控制在1．45～1．55，若过稀，则会延长压滤时间。

③泥浆的性质

泥浆的颗粒越细其可塑性越强，压滤越困难。生产中常在泥浆中加入絮凝剂或将新料与回坯浆按一定比例混合，这样可提高压滤效率。

此外，泥浆的压滤速度还取决于滤布的清洁程度。

压滤脱水法优点是过滤面积大，产量高，设备简单，操作简单，能满足可塑成形对坯料水分的要求。因此，在陶瓷厂获得普遍的使用。缺点是由于泥饼水分和颗粒分布不均匀，必须经过揉练才能用于成形;小于5μm的颗粒在压滤中损失较大;压滤脱水为间歇操作，压滤周期长，普通压滤机劳动强度大，不能满足获得任意含水率的泥饼，也不适应坯料制备全自动化的需要。

压滤机的选型依据是:

①生产工艺要求，即对泥浆性能要求和该机滤饼所能达到的最低水分和均匀性。

②产量:产量的大小取决于压滤工作周期和每块滤饼重量和数量。

③操作水平。

(2)真空练泥

练泥是陶瓷生产中关键工序之一，它既是坯料制备的最后一道工序，又是坯件成形的最前一道工序，练泥的质量对坯件和产品的性能影响很大。

①真空练泥作用

真空练泥机是陶瓷行业中精练出符合产品工艺要求的高质量泥坯的关键设备。它是由加料部分、出料部分、真空室和传动装置等组成。图8．25是某瓷厂所用真空练泥机。

在陶瓷生产中加入真空练泥机的泥料大多是压滤后的泥饼或经粗练后的泥段。泥料进入练泥机后，首先在加料槽内受到不连续螺旋桨叶的破碎、揉练混合并逐步被推入上部的锥形机壳内，受到进一步的挤压。在圆锥螺旋的推动下泥料被切割成条状和片状，借自重落入真空室。在真空室中，泥料中的气体被真空泵抽出，真空室底部的泥料靠下轴螺旋作用，再次受到挤压，并逐步推向前面的挤出螺旋。最后在挤出螺旋的推力下通过机嘴被挤压出来，形成比较均匀致密和具有一定形状尺寸的泥段。

图8．25　真空练泥机

真空练泥的作用是:

a．排除泥料中的气体。经过真空练泥后，泥料中的空气体积可降至0．5%～1%。

b．改善泥料性能。由于气体的排除和对泥料的揉练、挤压，使泥料组织趋向均匀、致密，大大提高了坯料的可塑性和产品的机电强度。

c．选用合理的练泥机结构和工艺参数，可破坏或减少泥料颗粒的定向排列，提高半成品和成品的合格率。

d．可得到不同规格的泥段(毛坯)。

②真空练泥机的选择

真空练泥机的规格是以挤出螺旋的末端螺旋叶的直径大小来表示的。根据结构上的不同，真空练泥机按主轴数目可分为单轴式和多轴式路两类。其中多轴式又可分为双轴和三轴两种，生产中普遍使用的是多轴式真空练泥机。按挤出螺旋轴线的方位可分为卧式和立式真空练泥机。

卧式真空练泥机可以连续生产，但因其主轴与地面平行放置，旋伸部分长，由于重力作用泥段下垂，易造成偏心与弯曲变形，一般适用于挤制长度为2～2．5m以下的中心泥段。立式练泥机是垂直挤出，自然下落，泥段挤出速度与承受泥段的升降台同步，可避免偏心与弯曲变形，由于立放、立式阴干、立式修坯和干燥，各工序间采用机械联系容易，便于组织机械化生产。但造价高，需要较高的厂房且由于布局限制只能断续生产。适用于大型和薄壁套管用的泥段的挤制。

目前我国真空练泥机的规格有:φ250、φ350、φ500、φ800、φ1000、φ1250(后两种规格尚未投入生产使用)。实验室则采用φ65、φ150两种规格。除实验室用的练泥机用单轴立式单电机传动的形式外，φ150、φ250、φ350为卧式单轴单电机传动，φ500、φ800、φ1000、φ1250均为卧式双轴双电机传动。

真空练泥机规格的选择主要取决于挤制泥段的大小。表8．1为750kV油纸电容式变压器套管上瓷套的尺寸及所需泥段的规格。

表8．1　750kV套管的瓷套尺寸

真空练泥机规格与练泥尺寸之间的关系采用挤制比(K)来控制，挤制比不仅影响挤制压力的大小和泥段的致密度，而且也影响练泥机的产量、动力消耗、使用寿命和正常操作。真空练泥机的挤制范围一般控制值如式8－8、8－9所示:

实心泥段:K=D/d=1．6～3．5(8－8)

式中:

D:练泥机末端螺旋直径(mm);

d:实心泥段直径(mm);

空心泥段:K=F/f，(8－9)

当泥段直径(d)大于末端螺旋直径(D)时，K取0．75～1．39;当d＜0时，K取1．4～4．0。

式中:

F:末端螺旋叶在垂直平面上的投影面积;

f:泥段截面积。

为了保证挤制泥段的质量，国内外大多是以大挤小，若用小规格练泥机挤制大泥段，一方面要改进出口套筒，另一方面只能挤软泥。

③影响练泥质量的因素

a．坯料致密，坯料中气体体积含量应小于1%，切片检查无气孔、夹层。

b．挤出泥段的水分合乎成形要求，水分分布均匀。泥段内外水分差不超过1%。

c．泥段内部无层裂，“S”形裂纹和弯曲等缺陷。

d．空心泥段偏心度不大于2～3mm(壁厚)。

④影响泥段质量的因素

a．加入泥饼的水分过软的泥料易使真空室堵塞;泥料水分过少，易使练泥机发热，增大挤出阻力，并将压滤出来的泥饼中心的“包浆”抛弃，按泥饼的水分不同分别堆存，让其水分均匀，可改善练泥质量。还应剔除可能夹入泥料中的“干块”。

b．温度的影响泥饼的温度和练泥机内温度对泥段的层裂有很大的影响。泥饼温度过低，水的黏度大，降低泥料的可塑性，易造成挤出泥段开裂;泥饼温度过高，将造成真空室发热而影响真空度。泥饼的适宜温度可根据季节来调节，春冬季泥饼温度不低于15℃，以30℃～45℃为宜，夏季则不高于35℃，可用冷泥饼，挤制后泥段温度反映了泥料在挤制过程阻力的大小，为了防止挤出泥段表面水分蒸发过快，通常控制挤制后泥段温度不高于45℃。

c．加泥速度加泥量应根据练泥机容量大小、长短及泥料性能来控制。加料太快，真空室易堵塞，泥料在真空室停留时间短，排除气体不充分;加泥太慢，会产生脱节现象，泥段出现层裂或断裂、致密度不均匀等缺陷。

d．真空度真空度直接影响泥料中空气的排除，真空度对泥料性能有明显影响。一般要求真空室的真空度不大于0．1MPa，一般控制在0．08～0．1MPa。造成真空度降低的原因主要有:真空室漏气;真空室堵塞;真空泵的润滑油的稠度不适合，或没有及时更换;真空泵的冷却水温度过高;真空泵的活塞磨损。

e．练泥机的结构练泥机的结构对泥段质量有重要影响，有些因素的影响尚未确切了解，要根据生产实践来确定。