陳海林

摘 要：陶瓷磚在窯爐快燒時(shí)易出現(xiàn)圓弧形“掉角”缺陷，其原因包括碰撞、急冷風(fēng)裂和預(yù)熱開(kāi)裂等。而預(yù)熱開(kāi)裂的影響因素主要包括坯體配方原料、燒成溫度制度和生產(chǎn)工藝參數(shù)。實(shí)踐證明，通過(guò)配方原料調(diào)整，提高坯體干燥效率，改善坯體的熱穩(wěn)定性，“掉角”明顯減少。保持窯爐預(yù)熱段平緩的升溫梯度，對(duì)防止“掉角”有直接作用。升高入窯坯溫、降低入窯水分，對(duì)減少“掉角”有幫助。對(duì)于二次燒成，還需同時(shí)保證素?zé)陀詿A(yù)熱段的合理溫度制度。當(dāng)反復(fù)出現(xiàn)“掉角”時(shí)，綜合性的調(diào)整方案能從根本上解決問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：圓弧形;“掉角”;角裂;預(yù)熱開(kāi)裂;溫度梯度;熱穩(wěn)定性;坯體原料

1 前 言

近年來(lái)，隨著建陶企業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)能不斷提升，產(chǎn)品規(guī)格越做越大，生產(chǎn)流程的新問(wèn)題隨著而來(lái)，陶瓷磚的圓弧形“掉角”缺陷就是其中之一。“掉角”缺陷發(fā)生時(shí)，程度輕重不等，難以完全消除，經(jīng)常反復(fù)出現(xiàn)，因每條生產(chǎn)線的實(shí)際情況不同，從業(yè)人員說(shuō)法不一，造成工廠缺乏行之有效的解決方案。

2 缺陷現(xiàn)象描述

陶瓷磚的圓弧形“掉角”缺陷通常指的是：燒成時(shí)發(fā)生在角部、以磚的中心為圓點(diǎn)的圓弧形坯裂，也稱(chēng)“角裂”，有一定的規(guī)律，大部分?jǐn)嗝嬲R圓滑，或有少許粗糙點(diǎn)，因瓷磚的直角部缺掉，俗稱(chēng)“掉角”。 它的圓弧形特征與一般的機(jī)械碰撞缺角有明顯的不同。當(dāng)缺陷不嚴(yán)重時(shí)，掉的角較小，邊長(zhǎng)約2～3cm，或者在出窯口磚的角部已出現(xiàn)圓弧形裂紋，然后在平臺(tái)滾動(dòng)過(guò)程中掉去。而缺陷嚴(yán)重時(shí)，少則一個(gè)磚角缺掉，多則四個(gè)磚角全部缺掉，且掉的角較大，邊長(zhǎng)可達(dá)到10cm或以上，甚至類(lèi)似于窯爐冷卻不當(dāng)引起的弧形開(kāi)裂。

3缺陷的形成原因及解決方法

筆者查閱了近年來(lái)一些同行解決“掉角”缺陷的寶貴經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自己在日常生產(chǎn)中的調(diào)試實(shí)踐，將圓弧形“掉角”缺陷按形成原因及解決方法分為三類(lèi)，列舉如下：

3.1 磚坯強(qiáng)度低，機(jī)械碰撞導(dǎo)致“掉角”

由于粉料的顆粒級(jí)配不合理，流動(dòng)性差，或模具的設(shè)計(jì)存在一定缺陷，造成磚坯的角部致密度（強(qiáng)度）低，如果發(fā)生機(jī)械碰撞，有可能會(huì)產(chǎn)生圓弧形“掉角”。此類(lèi)“掉角”有明顯規(guī)律，經(jīng)常發(fā)生在磚坯的固定位置，一片磚很少同時(shí)缺掉二至四個(gè)角。

對(duì)此類(lèi)“掉角”，主要從提高磚坯的強(qiáng)度來(lái)解決，包括適當(dāng)增加坯體配方的可塑性粘土比例，調(diào)整制粉工藝使顆粒級(jí)配合理化，提高粉料流動(dòng)性。至于壓機(jī)總成或模具缺陷引起的坯角部強(qiáng)度低，則從總成或模具改善來(lái)解決。

3.2? 磚坯在窯爐冷卻段發(fā)生風(fēng)裂導(dǎo)致“掉角”

寬體輥道窯在生產(chǎn)大規(guī)格拋光磚時(shí)，容易在冷卻段出現(xiàn)“掉角”。主要原因是產(chǎn)品不易散熱，寬體窯的橫截面溫差不好控制，磚坯從急冷段進(jìn)入緩冷段時(shí)，石英發(fā)生晶型轉(zhuǎn)換（573℃），當(dāng)局部降溫速率過(guò)快，導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生。此類(lèi)“掉角” 的中間部有少許粗糙面，在出窯位置有一定規(guī)律，可通過(guò)窯爐處理孔找到“掉角”發(fā)生的區(qū)段，進(jìn)而確認(rèn)。

經(jīng)排查確定是冷卻段引起的“掉角”， 主要從調(diào)整風(fēng)裂的角度來(lái)解決。包括：⑴加強(qiáng)冷卻段的窯體保溫，塞緊石棉，防止冷風(fēng)進(jìn)入;⑵保持急冷和緩冷的微正壓或零壓;⑶適當(dāng)提升急冷或緩冷的溫度;等等。

3.3? 磚坯在窯爐發(fā)生預(yù)熱開(kāi)裂導(dǎo)致“掉角”

此類(lèi)“掉角”較為普遍發(fā)生，無(wú)論在一次燒成的拋光磚、仿古磚，或者二次燒成的內(nèi)墻磚，預(yù)熱過(guò)程控制不當(dāng)都有可能出現(xiàn)“掉角”。本文重點(diǎn)對(duì)這類(lèi)缺陷予以分析探討。

在《陶瓷制造技術(shù)》（1992）一書(shū)中，這類(lèi)“掉角”被歸納為“預(yù)熱開(kāi)裂”，如圖1所示。通常，預(yù)熱開(kāi)裂指的是從坯體邊緣到中心不規(guī)則的裂縫，裂紋明顯，以邊裂為主。但“掉角”因其圓弧形特征，生產(chǎn)人員容易誤以為其它原因引起。筆者在排查缺陷時(shí)，發(fā)現(xiàn)此類(lèi)“掉角”一般堆積在預(yù)熱段的第一至四組燒槍區(qū)的窯底。所以，討論此類(lèi)“掉角”就要從“預(yù)熱開(kāi)裂”的角度來(lái)考慮。

在窯爐預(yù)熱階段（入窯至950℃），磚坯的升溫速度按角、邊、面的次序下降，干燥水分蒸發(fā)速度按角、邊、面的次序降低，熱量在坯體內(nèi)的傳遞滯后于坯體表面溫度的升降以及窯爐內(nèi)部的溫差，所以角部與坯中心部的溫度差和水分差大，坯體內(nèi)存在溫度梯度，引起坯體各部分收縮不均勻，產(chǎn)生熱應(yīng)力，溫度變化速度過(guò)快時(shí)，即溫度梯度較大，坯體內(nèi)的熱應(yīng)力過(guò)大，超過(guò)磚坯所能承受的極限，則引起坯體邊裂，或角裂，即“掉角”。故圓弧形“掉角”（角裂）屬于預(yù)熱開(kāi)裂的一種類(lèi)型。

下文從以下三方面來(lái)討論預(yù)熱開(kāi)裂的主要形成原因及解決措施：

3.3.1? 坯體配方原料

⑴ 原料的干燥敏感性高。例如蒙脫石類(lèi)的粘土（膨潤(rùn)土等）具有較高的干燥敏感系數(shù)，干燥收縮大，或原料吸濕膨脹大，干坯吸濕后強(qiáng)度迅速降低，特別是坯角部首先受到影響，容易在預(yù)熱前段造成掉角。

解決措施：干燥敏感性高、吸濕膨脹大的原料要少用。盡量保持坯體較小的干燥收縮。適當(dāng)增加瘠性原料的比例，如長(zhǎng)石、瓷石、瓷砂、葉蠟石、預(yù)燒過(guò)的原料，或回收的廢坯等等，以縮短坯體干燥時(shí)間，減少干燥收縮變形。

⑵ 配方中粘土類(lèi)原料用量過(guò)多，瘠性原料不夠，排水性不好，磚坯沒(méi)有充分干燥即進(jìn)入預(yù)熱段，急速升溫產(chǎn)生開(kāi)裂。

解決措施：粘土類(lèi)原料的比例要合理，避免為了提高生坯強(qiáng)度而過(guò)量添加塑性粘土，可通過(guò)測(cè)定生坯強(qiáng)度來(lái)確定配方是否滿足生產(chǎn)要求。

⑶ 坯體的游離石英過(guò)多。石英在573℃發(fā)生晶型轉(zhuǎn)換，引起坯體快速且突然的膨脹，當(dāng)坯體耐熱震性能不夠好時(shí)，產(chǎn)生開(kāi)裂。

解決措施：控制好坯體游離石英的含量，可減少預(yù)熱開(kāi)裂和急冷風(fēng)裂的發(fā)生。

⑷ 坯體的熱膨脹系數(shù)較大，熱穩(wěn)定性差。坯體隨溫度變化的體積變形大，體積穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生開(kāi)裂。

解決措施：提高坯體的熱穩(wěn)定性，適當(dāng)增加MgO、CaO的含量。保持坯體的熱膨脹系數(shù)中等，太大易產(chǎn)生預(yù)熱開(kāi)裂，太小釉面磚的坯釉膨脹系數(shù)不匹配，導(dǎo)致炸釉龜裂。

⑸ 黑滑石的過(guò)量使用。由于滑石多是片狀結(jié)構(gòu)，破碎時(shí)易呈片狀顆粒并較軟，故不易粉碎。在陶瓷制品成型過(guò)程中，極易趨于定向排列，導(dǎo)致干燥、燒成時(shí)產(chǎn)生各向異性收縮，過(guò)量使用也會(huì)引起預(yù)熱開(kāi)裂。

解決措施：黑滑石可提高熱穩(wěn)定性，但要避免過(guò)量使用，一般控制在4%以內(nèi)。鎂質(zhì)粘土沒(méi)有片狀結(jié)構(gòu)，較易磨細(xì)，且有一定可塑性，能較好地代替黑滑石使用。

⑹ 原料燒成黑心明顯，透氣性不好，或熔劑類(lèi)原料（如鈉長(zhǎng)石）過(guò)于低溫，導(dǎo)致坯體產(chǎn)生較嚴(yán)重的黑心、黃心或白心等。這方面的影響也體現(xiàn)在二次燒成過(guò)程中。素坯黑心導(dǎo)致磚坯內(nèi)部吸水率不一致，當(dāng)邊角部吸水率明顯大于中心部，會(huì)造成邊角部的膨脹系數(shù)和濕應(yīng)力大于中心部，在釉燒的預(yù)熱段造成圓弧形掉角。

解決措施：調(diào)整配方比例，易黑心的原料要少用，以減少坯體黑心的程度。

⑺ 選用一些能適應(yīng)快速燒成的原料，如透輝石、硅灰石、葉蠟石等。透輝石和硅灰石本身不含有機(jī)物和結(jié)構(gòu)水，干燥收縮和燒成收縮都很小，熱膨脹系數(shù)不大，250～800℃時(shí)透輝石為7.5×10-6℃-1，硅灰石為6.7×10-6℃-1，且燒后磚坯的機(jī)械強(qiáng)度得到提高，熱穩(wěn)定性好，吸濕膨脹較小，在二次燒成的釉面磚生產(chǎn)中，也有利于釉燒窯的預(yù)熱快燒。

3.3.2? 燒成溫度制度

⑴ 窯頭溫度過(guò)高，預(yù)熱段升溫太急，溫度梯度大。特別是第一、二組燒槍開(kāi)度太大，磚坯無(wú)法承受急劇升溫帶來(lái)的應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂。通常為了消除磚坯的黑心而過(guò)度升高前溫，增加了預(yù)熱開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在573℃時(shí)，坯體中的石英晶型轉(zhuǎn)換，此段升溫控制不好，也易產(chǎn)生裂紋。需注意的是，空窯或頻繁稀窯時(shí)，窯頭溫度較高，若控制不當(dāng)，則產(chǎn)生“掉角”。

解決措施：調(diào)整排煙支閘等降低窯頭溫度，調(diào)小或關(guān)閉預(yù)熱帶輥棒下第一、二組燒嘴，以避免預(yù)熱帶開(kāi)始時(shí)溫度升得太快。視情況降低第一至三區(qū)的底、面溫度設(shè)定，保證平穩(wěn)的溫度梯度。不要為了調(diào)整黑心缺陷而過(guò)度升高前溫。在預(yù)熱帶中后期也要保持升溫平穩(wěn)，防止晶型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生開(kāi)裂。盡量減少空、稀窯。

⑵ 預(yù)熱段橫截面的溫差大。窯體漏風(fēng)或擋火墻設(shè)計(jì)不合理、窯底堆積碎坯、堵槍等引起的橫截面溫差過(guò)大時(shí)，磚坯受熱不均勻，易產(chǎn)生裂紋。

解決措施：盡量減少窯爐的橫截面溫度差。調(diào)整預(yù)熱帶的擋火板和擋火墻，加強(qiáng)窯墻保溫，特別要注意避免排煙附近區(qū)域的窯體漏風(fēng)，防止炸坯過(guò)后堆積在窯底的碎坯造成溫度不均勻。檢查預(yù)熱前段各組燒嘴，保證火焰燃燒均勻，助燃風(fēng)壓正常，避免堵槍?zhuān)Z火等。

⑶ 需要注意的是，對(duì)于二次燒成的釉面磚，會(huì)出現(xiàn)素?zé)魍庥^完整，在釉燒預(yù)熱帶才出現(xiàn)圓弧形掉角的情況。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，無(wú)法準(zhǔn)確檢查素?zé)鹘鞘欠褚呀?jīng)存在暗裂，此時(shí)應(yīng)同時(shí)檢查素?zé)G爐和釉燒窯爐的預(yù)熱帶，按以上兩點(diǎn)操作調(diào)整，而不應(yīng)該局限于釉燒窯爐的預(yù)熱帶進(jìn)行調(diào)整。

3.3.3? 生產(chǎn)工藝參數(shù)

⑴ 坯體的入窯水分較高。坯體水分在短時(shí)間里沒(méi)有排盡，生成的水汽量大，在快燒條件下產(chǎn)生巨大的壓力。對(duì)于釉面磚，較多的噴水和施釉量更容易出現(xiàn)圓弧形“掉角”。

⑵ 坯體的入窯溫度較低。這意味著磚坯需要更長(zhǎng)的受熱時(shí)間才能使表面和內(nèi)部的溫度達(dá)到一致。當(dāng)快速升溫時(shí)，磚坯表面溫度高于內(nèi)部溫度，產(chǎn)生應(yīng)力超過(guò)磚坯承受范圍，產(chǎn)生開(kāi)裂。故儲(chǔ)坯機(jī)放置較久的冷坯入窯時(shí)更容易出現(xiàn)圓弧形“掉角”。

⑶ 坯體的厚度較厚，規(guī)格尺寸大。這將不利于快燒，但因?yàn)槭袌?chǎng)的需要而無(wú)法避免。

對(duì)以上三點(diǎn)的解決措施為：提高磚坯入窯溫度，降低入窯水分。一次燒成產(chǎn)品可提高烘干后坯溫，或提高二次烘干溫度，控制烘干坯體水分在0.5%以下，入主窯坯體水分在1%以下。對(duì)于二次燒成釉面磚，可適當(dāng)提高素?zé)陀詿暮娓筛G溫度，控制干坯入素?zé)鞲G水分在1.5%以下，釉坯的入釉燒主窯水分在0.5%以下。另外，需注意粉料的陳腐時(shí)間要保持24小時(shí)以上，防止粉料水分不均勻?qū)е麓u坯致密度不均勻。

4 生產(chǎn)解決實(shí)例

筆者所在公司長(zhǎng)期生產(chǎn)一次半燒成600mm×600mm仿拋水晶地磚，吸水率8%～10%。雙層素?zé)G爐，長(zhǎng)度150m，內(nèi)寬2.95m。單層釉燒窯爐，長(zhǎng)度210m，內(nèi)寬2.9m。產(chǎn)量22000平方米/天，生產(chǎn)基本正常。2018年產(chǎn)量加至24000平方米/天，素?zé)龈G坯體完整，到釉燒出窯時(shí)常出現(xiàn)圓弧形“掉角”。釉燒稀窯或空窯后情況更嚴(yán)重，一排磚幾乎全部會(huì)“掉角”，且同一片磚會(huì)缺掉兩三個(gè)角。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間觀察，得出缺陷的出現(xiàn)規(guī)律：⑴磚坯的規(guī)格越大，厚度越厚，產(chǎn)生“掉角”機(jī)率大。600mm×600mm磚厚度從9.0mm增加至9.7mm，“掉角”明顯增多，同時(shí)混燒的400mm×400mm磚厚度8.0㎜不會(huì)“掉角”。⑵施釉量多的產(chǎn)品“掉角”偏多。⑶冷坯淋釉和儲(chǔ)坯機(jī)的磚坯出現(xiàn)“掉角”偏多。⑷釉燒出窯的主動(dòng)邊出現(xiàn)“掉角”偏多。⑸將窯速減慢，產(chǎn)量降低至22000平方米/天，“掉角”明顯減少。

對(duì)缺陷的排查工作如下：⑴ 收集出窯“掉角”產(chǎn)品，不同壓機(jī)、模具號(hào)都有，沒(méi)有發(fā)生在磚坯的固定位置，初步排除壓機(jī)造成的可能性。⑵ 對(duì)素?zé)龈G的素坯外觀進(jìn)行檢查，無(wú)發(fā)現(xiàn)明顯裂紋或缺角。⑶ 兩層素?zé)拇u坯在釉燒窯尾均有出現(xiàn)“掉角”，下層600×600有時(shí)較多“掉角”。⑷ 對(duì)“掉角”產(chǎn)生的區(qū)域進(jìn)行排查，最后在釉燒窯爐預(yù)熱段的第一至第四組燒槍區(qū)的輥棒下窯底找到掉落的缺角碎塊，其中第三、四組堆積的碎塊較多。

缺陷解決措施如下：⑴ 調(diào)整壓機(jī)的壓力，增加高壓壓力，掉角略多;降低高壓壓力，掉角略少。⑵ 調(diào)整素?zé)G爐急冷和緩冷溫度，升高20℃，“掉角”無(wú)變化。反之降低也是。⑶ 降低素坯的噴水量，減輕四個(gè)角部積釉，“掉角”略少。⑷ 清理釉燒預(yù)熱段的窯底積坯，檢查各組燒槍?zhuān)３只鹧婢鶆?，主?dòng)邊的“掉角”有所減少。⑸ 提高釉燒烘干窯溫度，從120℃升至170℃，“掉角”明顯減少。⑹ 把釉燒預(yù)熱段第一至第四組燒槍區(qū)的設(shè)定溫度（550℃-700℃）各升高50℃，發(fā)現(xiàn)“掉角”明顯增多。于是將設(shè)定溫度各降50度，并保持平穩(wěn)升溫，“掉角”基本消失。

但在隨后的生產(chǎn)過(guò)程中，“掉角”缺陷時(shí)常反復(fù)出現(xiàn)，程度時(shí)輕時(shí)重，每次通過(guò)調(diào)整釉燒窯烘干溫度和預(yù)熱溫度梯度，都會(huì)好轉(zhuǎn)，但無(wú)法斷根。2019年工廠將產(chǎn)品由白坯改為紅坯，并把吸水率調(diào)低至6%？8%，“掉角”情況更加嚴(yán)重。于是組織生產(chǎn)部進(jìn)行第二輪解決方案：⑴ 調(diào)整坯體配方。將江西宜春黑滑石比例從3%增至5%，坯體MgO含量從1.52%升到1.75%，“掉角”沒(méi)有減少，反而有增加的趨勢(shì)，約占成品數(shù)量的2%～3%。⑵ 在坯體配方中引入南平透輝石6%，江西宜春黑滑石降為2%，坯體MgO含量從1.52%升到2.17%，“掉角”明顯減少。產(chǎn)量從22000平方米/天提高至24000平方米/天，“掉角”占成品產(chǎn)量比例保持為0.3%？0.6%，沒(méi)有增加。⑶ 排查素?zé)G爐，發(fā)現(xiàn)預(yù)熱段第一至第三組燒槍區(qū)設(shè)定溫度較高，升溫梯度大，于是先試調(diào)整“掉角”較多的下層素?zé)G，把預(yù)熱段第一至第三組燒槍區(qū)設(shè)定溫度分三次降低50℃，從950℃～1050℃降為800℃～900℃，下層磚坯在釉燒窯“掉角”的現(xiàn)象消失。同時(shí)上層素?zé)拇u坯在釉燒窯仍偶有“掉角”，于是對(duì)上層預(yù)熱段進(jìn)行同樣的調(diào)整后，“掉角”現(xiàn)象消失。后將產(chǎn)量提高至26000㎡/天，并觀察稀窯出磚情況，都沒(méi)再出現(xiàn)“掉角”，問(wèn)題得到解決。

5 總 結(jié)

陶瓷磚發(fā)生圓弧形“掉角”（角裂）時(shí)，可先根據(jù)缺陷出現(xiàn)的規(guī)律來(lái)排查產(chǎn)生原因，并制定針對(duì)性解決方案。對(duì)經(jīng)常發(fā)生在預(yù)熱段的“掉角”，采用解決預(yù)熱開(kāi)裂的方法，能取得較好的效果。對(duì)二次燒成發(fā)生在釉燒窯的“掉角”，調(diào)節(jié)釉燒窯沒(méi)有完全解決時(shí)，應(yīng)從素?zé)陀詿念A(yù)熱段同時(shí)調(diào)節(jié)，使之保持合理溫度制度。對(duì)反復(fù)出現(xiàn)的“掉角”，還應(yīng)該調(diào)整坯體配方原料，提高磚坯的干燥效率和熱穩(wěn)定性，并調(diào)節(jié)磚坯生產(chǎn)工藝參數(shù)，以適應(yīng)快速燒成的要求。實(shí)踐證明，多方面綜合性的解決方案能從根本上杜絕缺陷的產(chǎn)生。

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