陶瓷產(chǎn)品的燒成是經(jīng)過由濕泥做成坯體(也叫濕法成型),濕坯體通過烘干后進(jìn)入窯爐才能燒成。從制泥到燒成要經(jīng)過很多的工序,而由濕坯體到烘干進(jìn)入窯爐前的過程也有很多的工序,因此,這一個過程我們把它定位為坯件烘干環(huán)節(jié)。在這一坯件烘干環(huán)節(jié)的過程中包括烘干熱源的選擇工序(自身熱源有窯爐余熱熱源利用工序,外增熱源有熱風(fēng)爐、鍋爐、藕煤爐等熱源輸送工序)、脫模工序、鏈干機(jī)干燥工序、烘房干燥工序、洗水施釉工序和整套生產(chǎn)車間熱風(fēng)輸送布局工序等,簡單地說也就是取熱、輸熱、用熱工序。由于對取熱、輸熱、用熱的觀念不同,在整個坯件烘干環(huán)節(jié)的過程中各地各廠所采取的方法也有很大的差別,出現(xiàn)了不同的結(jié)果,值得我們認(rèn)真探討。
一、陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)上的誤區(qū)
在整個陶瓷生產(chǎn)過程中,瓷泥的制作與瓷泥的配方工藝,是廠家非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié),關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好與壞。同時,瓷器的燒成也是廠家非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié),也關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好與環(huán)。因此,在全國看來,陶瓷生產(chǎn)廠家沒有一家不是將所有的技術(shù)力量與重點都放到了這兩個環(huán)節(jié)上。而處于這兩個環(huán)節(jié)之間的陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)卻被人們無意之中忽略了,認(rèn)為坯件的烘干不需要什么技術(shù),因此在這方面的研究人才也很缺乏。
目前到底在陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)中出現(xiàn)了一些什么狀況呢?根據(jù)我們的接觸與調(diào)查,發(fā)現(xiàn)的問題有很多,主要是對陶瓷坯體的烘干認(rèn)識有誤。
誤區(qū)的第一個方面是,只要加熱就能使坯體得到烘干。因此對坯體盲目加熱,認(rèn)為熱的溫度越高對濕坯件的干燥速度就會越快。例如:江蘇無錫某陶瓷有限公司,該公司是一家專業(yè)生產(chǎn)陶瓷酒瓶的廠家,有一條72米3板天然氣輥道窯和一條63米3板輥道窯,日燒成產(chǎn)量2.5萬件左右,除了本身窯爐余熱供熱以外,還投入了1臺燃?xì)鉄犸L(fēng)爐加熱,其結(jié)果還是不能使坯體及時烘干,影響生產(chǎn),同時坯體還出現(xiàn)開裂變形的現(xiàn)象,產(chǎn)品合格率不理想。江西樟樹某陶瓷制品有限公司,該公司也是專業(yè)生產(chǎn)陶瓷酒瓶的企業(yè),擁有3條燃?xì)飧G爐分別是,60米3板輥道窯1條、50米2板輥道窯1條、65米小截面隧道窯1條。按窯爐設(shè)計燒成產(chǎn)品總量可以日生產(chǎn)4.6萬件。但該公司毎日只生產(chǎn)2.8萬件(也就是說,三條窯只生產(chǎn)兩條窯的設(shè)定生產(chǎn)產(chǎn)量),其主要的原因是,可以利用三條窯的余熱來烘干其坯體,但烘干效果很不好,到陰冷潮濕的天氣還要增加熱風(fēng)爐供熱。象這樣的情況全國各地日用陶瓷廠都帶有普遍性。又如湖南某瓷業(yè)集團(tuán)有限公司,由于過于加熱,引起了火災(zāi)。他們其中有二個分廠曾經(jīng)加熱過大將其烘房都燒掉了。
誤區(qū)的第二個方面是,不加熱讓其坯體在自然環(huán)境中慢慢干燥(或叫脫水)。湖南省常德市某瓷業(yè)有限公司,該公司是一家生產(chǎn)衛(wèi)生潔具的廠家,有1條日燒成衛(wèi)生潔具400件產(chǎn)量的液化氣隧道窯,窯爐余熱全部用于裝坯烘房。模具、坯體烘干根本沒用熱源,主要靠自然室溫加上電動吊風(fēng)扇、排風(fēng)機(jī)攪拌,經(jīng)過長時間的自然烘干來完成。其結(jié)果是浪費了很大的廠房面積和電力資源,坯體和模具的干燥受環(huán)境和天氣的影響。由于時間長坯體不能及時干燥,有的出現(xiàn)坯體變型的現(xiàn)象,影響產(chǎn)量和質(zhì)量。象這種現(xiàn)象在全國也比較普遍,特別是生產(chǎn)衛(wèi)生潔具的廠家。
由于在陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)上的誤區(qū),沒有充分發(fā)揮窯爐余熱的作用,給人們帶來很多的困惑。
二、 陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)上的浪費與污染
由于存在對陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)上的認(rèn)識誤區(qū),所造成的結(jié)果是嚴(yán)重的,值得我們認(rèn)真的探討。因為誤區(qū)的存在企業(yè)為了烘干濕坯體,一般采取的方法有三個。方法一是:一條窯爐所燒成的陶瓷產(chǎn)品,其濕坯件的烘干要增設(shè)一臺熱風(fēng)爐或多臺熱風(fēng)爐加熱,以消耗大量的能源為代價,用高溫去烤干濕坯。高溫烤的結(jié)果并不好,會經(jīng)常發(fā)生坯件變型、開裂等現(xiàn)象,影響產(chǎn)品合格率和產(chǎn)品質(zhì)量,還有發(fā)生火災(zāi)的危險情況。例如:株洲某陶瓷制造有限公司,采取高溫烘干濕坯件的辦法。一條80米4板輥道窯增加了兩臺燃?xì)鉄犸L(fēng)爐,這兩臺熱風(fēng)爐每天共燃天然氣1120米3左右,年耗天然氣392000米3。由于增加2臺熱風(fēng)爐供熱,增加電機(jī)的裝機(jī)容量46.5kw/h,年多耗電力387600度。從經(jīng)濟(jì)成本方面計算:一年多耗成本天然氣112萬元、電27萬元、熱風(fēng)爐操作工及維修費8萬元,共計147萬元。在造成生產(chǎn)成本增加的同時還使生產(chǎn)車間環(huán)境溫度升高影響企業(yè)的正常生產(chǎn),危及工人的身體健康。
方法二是:每條窯爐因坯件(干燥)原因不能按其設(shè)計燒成產(chǎn)品總量去生產(chǎn),而是有多少坯件就燒成多少。這樣一來等于用大的窯爐生產(chǎn)少的產(chǎn)品,為了達(dá)到完成產(chǎn)量的目的,只能增加窯爐的數(shù)量,利用收取的余熱進(jìn)行坯件的烘干。表面上看,坯件是利用窯爐余熱烘干的,但實際其窯爐所耗的能源不會少于熱風(fēng)爐所耗的能源。同時在無意中又增加了大量的勞動力。例如,山東淄博市某陶瓷有限公司,采用余熱高溫烘干濕坯件的辦法。該公司擁有2條日燒成5萬件左右杯類產(chǎn)品的天然氣隧道窯及配套生產(chǎn)線和1條日燒成6萬件左右杯類產(chǎn)品的天然氣隧道窯及配套生產(chǎn)線。而生產(chǎn)需求量只要日產(chǎn)10萬件杯類產(chǎn)品就夠了。由于濕坯件(干燥)問題,他們多使用了一條日燒成6萬件左右杯類產(chǎn)品的天然氣隧道窯及配套生產(chǎn)線。因此每天多耗天然氣2400米3,每年多耗天然氣840000米3。增加電機(jī)的裝機(jī)容量70kw/h,年多耗電力588000度。每天多增加33個勞動工作日,年增加11550個勞動工作日。從經(jīng)濟(jì)成本方面計算:一年多耗成本天然氣238萬元、電47萬元、勞動工資67萬元,共計352萬元。根據(jù)該廠的方法,日燒成10萬件產(chǎn)量所需坯件仍無法正常烘干,從鏈干機(jī)下來的坯體還需利用坯架,占據(jù)大量生產(chǎn)場地,通過4—5天時間的自然干燥后才能進(jìn)入窯爐。在現(xiàn)有設(shè)備、設(shè)施及窯爐余熱利用情況下,冷天無法正常脫模干坯,而熱天生產(chǎn)環(huán)境溫度高,員工工作環(huán)境差,生產(chǎn)場地?fù)頂D等現(xiàn)象是非常嚴(yán)重的。
方法三是:增加廠房,增加坯架,延長坯件干燥周期,讓一部分坯件自然干燥。其結(jié)果是:浪費了廠房面積,坯件自然干燥受天氣和環(huán)境的影響,其干燥時間快慢不一致,嚴(yán)重影響生產(chǎn)效益,坯件吐出來的濕廢氣污染車間環(huán)境。例如,廣東潮州市某陶瓷制作廠,該廠是一家生產(chǎn)衛(wèi)生潔具的廠家,有一條日燒成衛(wèi)生潔具600件產(chǎn)量的液化氣隧道窯,窯爐余熱(包括窯頭窯尾余熱)全部用于裝坯烘房。注漿區(qū)域模具、坯件烘干根本沒有熱源供應(yīng),主要靠自然室溫加上電動吊風(fēng)扇攪拌,經(jīng)過長時間的自然烘干來完成。因此配套注漿成型、烘坯件工作場地所占用面積為20000平方米(4000M2×5層)共5層樓,每層樓分佈注漿模具432套,共安裝電動吊風(fēng)扇170臺。按其正常用熱理念只需3層就夠了,不需要使用吊風(fēng)扇。從經(jīng)濟(jì)成本方面計算:浪費二層樓房8000M2,也就是說多用了二層生產(chǎn)廠房的面積。年多耗電10萬元。
由于烘干坯件用熱上的誤區(qū),沒有充分發(fā)揮窯爐余熱的作用,給許多企業(yè)帶來巨大的生產(chǎn)成本,給環(huán)境帶來很大的污染,給人們帶來很多的無賴。
三、陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)上的新技術(shù)
在陶瓷燒成過程中,人們將陶瓷窯爐分為三個區(qū)域帶,進(jìn)坯的那頭區(qū)域叫預(yù)熱帶,中間燒成的區(qū)域叫高溫帶,出瓷的那頭區(qū)域叫冷卻帶,陶瓷窯爐余熱出自預(yù)熱帶和冷卻帶。預(yù)熱帶的余熱也叫做窯頭煙氣余熱,其熱不能直接使用,因為含有大量的腐蝕煙氣。冷卻帶的余熱也叫窯尾余熱,其熱清潔可靠,主要來自產(chǎn)品通過高溫帶后所吐出來的熱。
湖南順通能源科技有限公司董事長劉明春先生,帶著他的團(tuán)隊從自辦風(fēng)機(jī)廠到做干燥設(shè)備,后來又在陶瓷機(jī)械行業(yè)摸爬滾打。近十幾年來,他們對陶瓷窯爐余熱利用和陶瓷坯件烘干技術(shù)方面進(jìn)行了認(rèn)真的研究,根據(jù)各家陶瓷企業(yè)窯爐余熱利用及坯件烘干技術(shù)方面不盡人意的地方,進(jìn)行科技攻關(guān),更新理念,研制出了一整套陶瓷窯爐余熱利用新技術(shù)與新設(shè)備。新技術(shù)包括取熱技術(shù)、輸熱技術(shù)、用熱技術(shù)。結(jié)合其新技術(shù)的設(shè)備包括風(fēng)機(jī)、輸熱管道、各種類型的鏈?zhǔn)礁稍餀C(jī)及烘房等成套新設(shè)備。新技術(shù)設(shè)備已獲國家專利,并在40多家陶瓷企業(yè)得到了應(yīng)用。通過實踐,利用窯爐自身余熱完全按時按量解決了窯爐自身設(shè)計燒成產(chǎn)品總量的坯件烘干問題。在整個陶瓷生產(chǎn)過程中的坯件烘干環(huán)節(jié)取得了重大的技術(shù)突破,為多數(shù)陶瓷企業(yè)節(jié)約能源成本30%以上,已改造的企業(yè)其內(nèi)外環(huán)境煥然一新。目前在全國范圍內(nèi)是唯一全面掌握該項技術(shù)的公司,技術(shù)壁壘明顯,具有獨一無二的行業(yè)優(yōu)勢。
四、對陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)技術(shù)的認(rèn)識
湖南順通能源科技有限公司的技術(shù)是怎樣形成的呢?按照他們的說法是取熱有取熱的方法,輸送熱有輸送熱的方法,用熱有用熱的方法。這些方法是什么呢?其實他們的方法就是對規(guī)律的認(rèn)識。熱量從高溫瓷里吐出來,既不讓其炸瓷保證產(chǎn)品質(zhì)量,又要讓其熱量真正按時按量吐出來,是要有一定的風(fēng)速和時間才能做到,這就是規(guī)律。在熱風(fēng)的輸送過程中,熱風(fēng)有熱風(fēng)的運(yùn)行軌跡,如何掌握它的運(yùn)行軌跡,也就是如何掌握了它的規(guī)律。用熱方面,在用熱的過程中首先要掌握濕坯件里的水份如何盡快吐出為最佳,這也有它的內(nèi)在規(guī)律。循環(huán)熱風(fēng)(量)的使用,差開熱風(fēng)(量)的使用要根據(jù)陶瓷生產(chǎn)廠家的具體情況有它各自的規(guī)律。掌握了這些規(guī)律,也就是在陶瓷窯爐余熱利用和坯件烘干技術(shù)上得到了突破。
眾所周知窯爐在燒成過程中,高溫帶的熱不能進(jìn)入冷卻帶,只能通過急冷風(fēng)進(jìn)行攔阻,而急冷風(fēng)的出現(xiàn)給窯尾取熱帶來了方便之門。由于熱風(fēng)有其自己的運(yùn)行軌跡與規(guī)律,那么管道的架設(shè)很有講究。坯件和模具內(nèi)的水分吐出有其規(guī)律,要將濕坯件、模具烘干,必須讓濕坯件、模具內(nèi)的水份吐出。而這個吐出的過程是一個相對緩慢的過程,如果溫度過高用烤的方法,相反濕坯件、模具內(nèi)部的水分一時出不來,同時還會造成坯件開裂,模具受損減少其使用壽命。因此,只能用適當(dāng)?shù)臏囟群瓦m當(dāng)?shù)娘L(fēng)速讓濕坯體、模具內(nèi)的水分緩慢吐出,然后將水份帶走,這樣才能得到良好的烘干效果。為此他們對傳統(tǒng)的坯件烘干環(huán)節(jié)中的取熱、輸熱、用熱進(jìn)行了改變:
第一,改變過去眾多陶瓷企業(yè)在冷卻帶機(jī)械的分段取熱的作法。實行最大限度的從窯爐冷卻帶中的“緩冷區(qū)”后(距急冷風(fēng)遠(yuǎn)一些的地方)按產(chǎn)品形狀大小設(shè)立靈活的分散取熱點。在保證讓窯爐壓力曲線穩(wěn)定的前提下,加大抽出真實的熱(產(chǎn)品內(nèi)吐出的熱)的熱風(fēng)量。產(chǎn)品和窯具得到了有效的降溫,最后使產(chǎn)品和窯具通過冷卻后的出窯溫度只比環(huán)境溫度高5-10℃,這樣一來不盡有效降低了產(chǎn)品和窯具的熱強(qiáng)度,而且克服了產(chǎn)品因冷卻不合理造成的燒成缺陷,窯具的使用次數(shù)也增加了50-80次。
第二,改變眾多陶瓷企業(yè)隨意將其熱量未經(jīng)處理直接送入供熱處的坯件和模具上,以烤干坯件、模具的做法。實行合理布局和設(shè)計制造熱風(fēng)輸送管道及管道走向與規(guī)格,采取增大流量,加快流速來減少熱風(fēng)在輸送過程中的熱損失的辦法。如:在三板以上的輥道窯或隧道窯余熱利用中,使用流量為64000M3/h,功率為45kW的鍋爐引風(fēng)機(jī),熱風(fēng)在Φ1000毫米的主管道中的流速達(dá)到了22.6m/s;由于在余熱取出匯集管中的熱風(fēng)溫度達(dá)240-270℃,而風(fēng)機(jī)的正常使用溫度為≤250℃,所以在風(fēng)機(jī)前摻入冷(環(huán)境溫度)空氣,熱風(fēng)溫度將降至到供熱點的55-70℃,既保證了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行又增加了熱風(fēng)總量,最重要的是熱風(fēng)溫度的降低減小了熱風(fēng)與環(huán)境介質(zhì)的溫度梯度,有效地降低了熱損失。在干燥室(鏈干機(jī)和烘房)內(nèi)設(shè)計了可控制的熱風(fēng)出口,熱風(fēng)以不同的角度并以高于原兩倍以上的風(fēng)速噴出,形成了相互攪拌使干燥室(鏈干機(jī)和烘房)內(nèi)溫度更均勻,高速的熱風(fēng)將產(chǎn)品表面的水分及時帶出,加快了干燥速率。干燥室(鏈干機(jī)和烘房)內(nèi)的相對濕度達(dá)到一定飽和時,及時啟動排濕系統(tǒng),將飽和濕氣排出。
第三,改變眾多陶瓷企業(yè)由高溫烤干坯件、模具為適當(dāng)溫度和適當(dāng)風(fēng)速吹干坯件、模具,實行熱量循環(huán)多次使用、差開時間段使用的辦法。如將一般烘房改為余熱循環(huán)利用烘房,鏈?zhǔn)礁稍餀C(jī)后箱已烘坯件的帶濕熱風(fēng)輸送到鏈?zhǔn)礁稍餀C(jī)前箱進(jìn)行脫模。根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程將余熱利用時間差開分配合理利用,白天余熱主要供給鏈?zhǔn)礁稍餀C(jī)脫模干坯,晚上余熱主要供給坯烘房干坯。一般坯烘房逐間放滿坯車,關(guān)閉烘房門供熱后,操作人員必須在晚8點—11點之間定期檢查烘房濕氣情況,及時針對性進(jìn)行排濕。至使當(dāng)天的濕坯件第二天能全部及時進(jìn)行下一工序后進(jìn)窯燒成。
五、陶瓷坯件烘干環(huán)節(jié)新技術(shù)的成功案例
根據(jù)取熱、輸熱、用熱的新技術(shù),湖南順通能源科技有限公司先后在醴陵市范圍內(nèi)的湖南華聯(lián)瓷業(yè)集團(tuán)有限公司、醴陵陶潤實業(yè)發(fā)展有限公司、豐年華集團(tuán)豐德利瓷業(yè)有限公司、泰鑫瓷業(yè)有限公司、華日瓷業(yè)有限公司等三十來家企業(yè)進(jìn)行了改造,企業(yè)全部取消了原加熱的熱風(fēng)爐、鍋爐、耦煤爐等,完全解決了利用窯爐自身余熱按時烘干其窯爐設(shè)定燒成產(chǎn)品總量的坯件烘干問題,企業(yè)環(huán)境煥然一新。就拿湖南華聯(lián)瓷業(yè)集團(tuán)有限公司為例,該公司有日用陶瓷窯爐10條,年生產(chǎn)陶瓷17860萬件,原來烘干坯件需用補(bǔ)充熱能的熱風(fēng)爐、鍋爐、耦煤爐等,年消耗原煤達(dá)11829.8噸,增加輸熱電機(jī)耗電476.5萬千瓦時,兩項每年共補(bǔ)充能源多耗資金1364.87萬元。該公司經(jīng)過改造后,完全停用了燃煤轉(zhuǎn)換熱源全套的設(shè)備使用,全部實現(xiàn)了余熱干坯,不到10個月就收回全部投資。同時減少了大量的廢渣、廢氣、煙塵的排放,改善了生產(chǎn)、生活及廠區(qū)周邊的環(huán)境。
根據(jù)取熱、輸熱、用熱的新技術(shù),公司對湖北枝江玖源包裝制品有限公司進(jìn)行了改造,該公司是生產(chǎn)陶瓷酒瓶的企業(yè),一條75米3板的天然氣輥道窯,日耗氣量3500立方和一個日耗天然氣量為2000立方熱風(fēng)爐,每天共耗天然氣5500立方。本來這條窯爐的日設(shè)計燒成產(chǎn)品總量為6.5萬件,由于坯件不能按時烘干,只能生產(chǎn)3.8至4.2萬件。通過改造后日燒成產(chǎn)量達(dá)到了6.5萬件;熱風(fēng)爐的用氣量每天下降到只耗1000立方。從經(jīng)濟(jì)方面核算:按每立方天然氣2.46元計算,改造前每只陶瓷酒瓶所耗的燃?xì)獬杀緸?/span>0.32214元,改造后每只陶瓷酒瓶所耗的燃?xì)獬杀緸?/span>0.1703元。每年可減少生產(chǎn)成本340多萬元。同時生產(chǎn)車間的工作環(huán)境得到了很大的改善。
又如,湖南銅官星光炻瓷廠是專業(yè)生產(chǎn)日用炻瓷的廠家,有86米4板天然氣輥道窯一條,改造前還使用了2臺熱風(fēng)爐用來烘干坯件,熱風(fēng)爐每天共燒原煤7噸左右,年耗原煤達(dá)2460噸。日燒成產(chǎn)量3.7萬件左右;成型車間5條鏈?zhǔn)礁?/span>燥機(jī)均為前后箱結(jié)構(gòu),除5號鏈?zhǔn)礁稍餀C(jī)是利用輥道窯余熱干坯外,其余4條鏈干機(jī)和制模烘房均由熱風(fēng)爐供熱干坯、干模,能源耗費大,生產(chǎn)成本高,而且不能保證正常干坯。 湖南順通能源科技有限公司用窯頭余熱烘干模具,用窯尾余熱烘干坯件的理念,經(jīng)過改造后,保障了生產(chǎn)的產(chǎn)量,取消了2臺熱風(fēng)爐和減少了多臺抽熱電機(jī)的使用。從經(jīng)濟(jì)成本方面計算:每年節(jié)約耗煤成本205萬元、電25.5萬元、熱風(fēng)爐操作工及維修費10萬元,共計年節(jié)約成本240.5萬元。同時,產(chǎn)品合格率提高了5%,大大改變了周邊環(huán)境。車間風(fēng)機(jī)的大量減少,使生產(chǎn)車間內(nèi)的噪聲大幅度下降,對生產(chǎn)車間工作環(huán)境得到很好的改善。在保證日生產(chǎn)坯體、模具的正常烘干的同時還使坯體的日產(chǎn)量加大,則窯爐日燒成產(chǎn)量也相應(yīng)增加了,生產(chǎn)產(chǎn)量得到了大幅度的提高。
湖南順通能源科技有限公司在陶瓷窯爐余熱利用和坯件烘干技術(shù)方面沒有高深的理論,但憑他們十幾年來在陶瓷企業(yè)陶瓷生產(chǎn)過程中的坯件烘干環(huán)節(jié)方面不斷實踐和探索,認(rèn)真思索取熱、輸熱、用熱的各個工序,實踐各個工序,突破各個工序,取得了很大的成功,是一項很值得推廣和探討的技術(shù)。