浅谈陶企原料砂仓小型化、原料标准化下的配方设计及工艺控制

招伟培，龙海仁，黄帅，程碧峰

（佛山东华盛昌新材料有限公司，佛山 528000）

1 前言

目前，陶瓷厂的坯体配方中一般采用(天然)原矿材料，只需进行破碎即可采用，其它原料少量采用水洗、混合类等加工原料。在投资设厂前，必须先对当地的原料进行摸底、勘察，然后再建立大量砂坭仓，之后原料入库，均化，再送到原料车间的中转仓库进行上球、磨浆、喷雾造粒，最后形成可压制成陶瓷砖的粉料颗粒。

由于原矿材料的不稳定性，陶瓷厂除了需建立大量砂仓，对原料进行堆放及均化，还需要引入多种原材料，以增加配方中的材料种类，减少单种原料产生的波动而对整体配方产生影响。在实际操作过程中，一个配方容易出现超过10 种以上的原材料，每种原材料都需要进行仓库堆放、进检，遇到性能差异较大或较大波动的原料还需要分仓存放，这样就会占用大量的用地资源；在上球工序，由于原料种类繁多，铲车司机(上料员)工作量很大，且容易出错。

此外，结合本厂位置特殊，由于政府政策的变化和公司内部的用地规划变化，很多砂仓不能正常使用或者用作他用，导致砂仓数量急剧减少。此时，如何使用有限的砂仓维持日常的生产就迫在眉睫。工厂需要在短时间内，整合各种砂坭原料，如果按照旧配方的原料种类数量，砂仓肯定远远满足不了，必须减少40%种类的原料。但是原料种类减少了，意味着配方中的稳定性会有所下降。因此，如何维持配方的稳定就成了这次整合过程的重点了。

基于以上情况，经过与供应商的沟通，提出了原材料标准化。

2 原料整合及标准化的优势、不足之处

2.1 优势

（1）标准化原料改变了过往一个原料一个标准的情况，它提出了只有一个标准，然后各个供应商围绕着这个标准进行原料的混合以及配送，减少了不同原料(供应商) 之间的性能差异，增加了不同供应商原料的可替代性。有时候一个供应商的原料供货出问题了，还可以用另外一个替代。

（2）原来同一个供应商可能会同时给企业供应高温、中温、低温等三种原料，而标准料就只允许一种料了，多种合并为一，减少了原料品种,供应商只需要全力对标准料进行混合、加工即可。

（3）标准料属于混合料，在供应商端已经经过配料了，其稳定性也较之前的原矿料要稳定得多，这个也是标准化原料可以减少砂坭原料的一个大前提。例如，非标准化时的配方是10-12 个原矿料，而标准化时的配方是2 个混合料，4 个原矿料。

2.2 不足之处

（1）需要大型的供应商才能进行合作，他们具有较多的矿山资源和加工设备，这个需要采购部门进行协调。

（2）标准料可能是多种性能差异性较大的原料进行混合，因此除了对标准料的性能指标提出更高要求外，还需要对其中采用的分支原料进行判别和了解。因此，这里就针对配方人员的水平和责任心提出更高的要求了。以本厂为例，标准料从刚开始的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剂、高温砂，在使用过程2 年内，其生产过程基本都很稳定，结果表明原料标准化还是可行的。

（3）标准化原料由于需要在堆场进行混合，其加工成本和损耗较大，因此成本较高是其面临的一个问题。一般来说，这种模式更加适合生产一些附加值较高、产品定位高端的高利润产品，例如本工厂的定位就是参观示范性基地，以产品开发为主，后续成熟后推广到其他基地，并且接收一些量小、工艺复杂、不适合大型生产线的产品。

3 实现标准化的技术手段

3.1 确定坯体配方的化学成分体系

基于采用标准料70%以上的坯体配方，应具备以下特征：对组成标准料的各类原料有着较大的容错性，烧成敏感度较低。初步思路是对传统的高铝高钾体系优化，确定新的化学成分范围如下：Al2O3为19%-21%，SiO2为65%-68%，K2O 为3%-3.5%，Na2O 为1.5%-2.0%，MgO 为0.5%-1.3%，CaO 为0%-0.7%，其他指标如浆料流动性：40-80s；干燥强度:1.2-1.5MPa；白度：20 度以上。

具体思路如下：通过成分调整，提高A12O3和K2O的含量，降低Na2O、MgO 和CaO 含量，可以把整体的烧成范围变宽，始熔点、高温粘度提高，最终提高配方的适应性，以上操作可以解决标准料在整合过程，容易引入各种性能差异性较大的原料，导致有些原料过烧，有些原料欠烧，极易在产品中同时形成辊棒印、熔洞及二次变形等缺陷。此外，该成分体系里包括各大氧化物的矿物，都是供应商很容易从自然界获得的，只需要用常见的原料，按照常见的计算组合，即可配出标准料。

3.2 建立一个全新的坯体配方结构

全新的坯体配方结构，如表1 所示，其结构由塑性料、标准料、耐火度修正料3 部分组成，如表2 所示。

表1 胚体配方结构（%）

首先，塑性料是1 个，这里采用的是A 级土的泥料，用量占比13%,提供坯体成型作用，提高砖坯干燥强度和配方中的Al2O3含量。

其次，标准料作为主料，这里采用了不同供应商的标准料，由两个供应商提供，分别是1#砂和2#砂两种，总占比70%，其在配方中各占35%左右，具体使用量可以根据实际原料的进检符合度，对两者进行相互修正。

接着，耐火度修正料，这里包括三个，分别为铝砂(7%)、钠砂(6%)和镁质坭(4%)3 种，总占比17%。这三种原料用料较少，分别用作调整A12O3、Na2O、MgO 含量，可根据实际生产过程中产生的问题，以及配方出现的波动，做出一定的修正，包括可以调整坯体的温度(耐火度)、以及膨胀系数。

3.3 对加工工艺参数进行修正，并制定修正出了实际运行标准

对工艺参数进行修正，包括：细度需要从行业一般要求的1.0%-1.4%(过250 目筛) 更改为0.6%-0.9%(过250目筛)，坯体浆料的的含水率从34%±1%提升到36%±1%，其思路如下：基于标准化原料里的各类组成的子原料的性能差异性较大，且标准化原料属于高铝高钾体系，该体系属于高温属性，这里需要在加工球磨阶段延长时间，保证标准原料里的均化程度，同时可以降低标准料配方的烧结温度。高铝-高钾-极低细度配方体系，容易出现浆料流动性较差的问题，需要提高浆料水份，以满足正常造粒标准。

3.4 确定一个高膨胀系数的釉料(面釉)配方，适配标准料坯体配方

基于前面介绍的标准料确立的坯体配方，通过测试分析，其坯料的膨胀系数比较大，容易导致砖型偏拱(凸变形)。为了尽量减少窑炉的变化，保持窑炉的稳定，我们这里需要对面釉进行调整，把面釉的膨胀系数调大，本厂所配套到的高膨胀的面釉成份如下：A12O3为36%-38%，SiO2为53%-55%，K2O 为2%-4%，Na2O 为1%-2.0%，MgO 为0%-1%，CaO 为1%-2%。

4 标准化原料的进检标准确立及注意事项

4.1 本厂的标准化原料标准

成份指标如表2。

表2 成分指标

其他指标如表3：

表3 其他指标

4.2 注意事项

（1）在各项指标中，除了关注化学成分外，还需要重点关注一些物理指标，如干燥强度和浆料流动性，避免在球磨、喷雾造粒、压机成型以及干燥工序出现问题。

（2）标准原料的堆放仓位，尽量避免安排在露天仓，因为该料是混合料，一般是由各种化学成分比较极端的原料构成，例如高铝料、高钾料、高钠料三者的叠加，遇到雨水天，容易导致部分原料的流失，从而影响该料的稳定性，最后很容易影响配方。

（3）需要跟供应商沟通好标准料的各个原料的构成，有条件的，可以送料到工厂检测及烧板，评估流动性、黑心等等。

（4）标准料的本质就是把原料的配料过程，往上游段(供应商端)转移，在这个过程中，需要加强原料的检测。例如有些供应商配出来的标准化原料是呈砂坭状，有些供应商配出来的标准化原料是呈砂石状，在两者等同或接近的化学成分下，这两者一般在烧小板体现出来的差异性不是很大，但是在原料的加工以及后续成型的差异性就会比较大，甚至在大砖的烧结性能(如出窑变形以及二次变形、切割裂方面)等方面产生较大的不同。

因此，在进检方面，针对标准料的引入(构成)原料较为复杂的问题，除了对表2、表3 的项目进行检测外，尽可能定期对该料(包括标准料和基于标准料的坯体配方)进行晶型检测(XRD)，结合产品烧出来的各项性能，更好地指导供应商寻找构成标准料的子原料。

5 标准化原料配方的产品匹配度以及坯体-釉料-窑炉的控制要点

5.1 产品匹配度

基于标准料的构成较为复杂，其坯体的稳定性在某种程度上也存在一定的不稳定性，在双零吸水率产品当中，更为适合生产全抛釉(需抛光)等搭配有较厚底釉(面釉)层等产品，像仿古砖(薄釉层)容易因为坯体变化，而导致产品的变形度发生变化。此外像一些采用全抛釉工艺，但是不抛光的缎光釉产品，在使用标准化原料配方时，也要注意，容易因标准料坯体变化，对釉面产生负面影响，如痱子、小坯泡。

5.2 坯体-釉料-窑炉控制要点

（1）光坯变形的控制方面，例如针对最常见的全抛釉产品，其光坯(素坯)的中心对角变形度尽量控制在+0.7 以内，泡水后的变形控制在+1.0，允许的泡水变形变化幅度在0.3-0.4。

（2）面釉的选择尽可能选择高膨胀的底釉(面釉)，结合光坯泡水变形度，适当降低高温区的面温，尽可能使得面温跟底温的温差在15-25℃之间。

（3）出窑全抛釉产品的光泽度控制在20-30 度，后期通过抛光工序把光泽度提升上去。

基于以上手段，尽可能让坯体表层烧结度保证在一个合理的范围，避免过烧引起小痱子和坯泡，也避免了生烧，引起产品的二次变形。

6 结语

原料标准化可以解决一些身处特殊地段的陶瓷企业所面临的场地不足的困境，满足陶瓷企业正常生产。而陶瓷企业可以根据自身产品的特点，制定配方及工艺，最后定制出标准原料的各项指标，如果需要维持该料的稳定，必须跟供应商保持密切的联系，更全面地对原料进行检测、评估。

此外，随着日后环保政策的逐步收紧，国家对生态环境的管理加强，以及近30 年来原材料的不断开采，高产量高品位的原料将越来越少，越来越多的高品位将会以碎片化的形态出现。如果供应商能够合理利用，科学搭配，以原材料标准化的模式提供给陶瓷企业，结合企业的实际需求，也未尝不是一个好办法。