平滑釉面与防滑釉面效果的小规格炻质仿古砖混烧工艺的研究
戴铁建 龚 晖
摘要本文介绍了两种不同釉面效果(平滑釉面与防滑釉面)的炻质仿古砖在同一辊道窑空间内烧成的工艺。文中从釉料配方、烧成制度的角度分析,解释了如何使这两种不同的产品在混烧时能满足砖型平整度、尺寸偏差以及产品综合性能的原因。
关键词平滑釉面效果,防滑釉面效果,小规格炻质仿古砖,混烧,砖型平整度
1 前 言
小规格炻质仿古砖产品(本文泛指400mm×400mm以下规格)的模具规格、图案、花纹各异,产品种类繁多。受国际金融风暴的影响,高档产品市场受到不少冲击。小规格炻质仿古砖以其饱蕴文化内涵的个性、随意独特的装饰风格和相对低廉的产品价格,以及其低能耗的优势,显示出广阔的市场前景。为了使国内广大客户能够及时、快捷地订购到所需规格的仿古砖产品,经多台压机成形、多条釉线装饰(喷釉、洒点、磨釉、印花、喷云彩等)后,放进同一条窑炉同时烧成的工艺流程成为目前的所需。
如何保证不同釉面效果的产品在同一窑炉内同时生产时的平直度、尺寸偏差(±1mm内)和釉面性能等均符合相关产品的质量指标,具有十分重要的现实意义。本文以某厂低温快烧下耐磨、耐污、光滑、光泽等各项性能指标均合格的2#平滑釉面配方为基础,采用三角配料法,适当提高釉面高温粘度和热膨胀系数,在1165～1175℃的低温快烧工艺下,设计出能与2#平滑釉面同时匹配生产的防滑釉面配方,而且釉面性能稳定,耐磨、防滑、不吸污。
2实 验
(1) 原料:本实验采用生产性常规原料,包括钠长石、钾长石、石灰石、滑石、气刀土、氧化铝、氧化锌(含量为95%)、乳浊熔块、硅酸锆(ZrO2含量64%) 等。各种原料的化学组成见表1。
(2) 以2#平滑釉面配方为基础,设计出3#、4#防滑釉面配方,见表2。
(3) 以2#、3#、4# 配方计算其化学成分,见表3。
(4) 工艺参数:2#、3#、4# 配方均按以下同一工艺参数操作:釉浆比重:1.62g/cm3;细度:250目筛余0.1～0.15%;釉量:每片300mm×300mm砖喷53g;烧成温度:1160～1175℃;烧成周期:22～24min(窑炉长:120m)
3釉面配方调整的理论分析
3.1 釉料化学成份的含量对釉膨胀系数与砖型的影响
有研究表明,坯釉膨胀系数的关系为:一般坯>釉时,产品倾向下弯变形;坯<釉时,产品倾向上翘变形,原则上以坯略大于釉为佳,一般差值为1～1.4×10-6℃-1。
(1) SiO2与Al2O3的影响:理论上讲,釉热膨胀系数的大小,与釉中离子间键力的大小密切相关,化学键力越大,膨胀系数越小;化学键力越小,膨胀系数就越大。而SiO2是网络四面体,具有化学键力较大的Si-O键,故增加SiO2含量会使釉的玻璃网络结构紧密,松驰空间变小,热膨胀系数变小。SiO2、Al2O3都能提高釉的高温粘度、硬度以及其化学稳定性,但加入过多会明显降低釉的膨胀系数,对克服下弯角变形不利,故4#防滑釉面配方仅通过增加由钾长石来适量加入。
(2) K2O与Na2O的影响:K2O、Na2O都是强熔剂,在釉熔融过程中均能显著降低釉的熔融温度和粘度,同时增加釉的膨胀系数,有利于克服下弯角变形,但过量使用会降低釉面弹性和抗折强度,引起釉面开裂,4#配方通过增加钾长石的量来适量加入K2O。
(3) CaO与MgO的影响:CaO与MgO的作用相类似,都能在高温下提供游离氧,降低熔体粘度,起助熔作用,但MgO的作用程度弱于CaO;CaO与MgO可同时改善釉的热稳定性,有利于克服下弯角变形,故4#防滑釉面配方中以定量的MgO代替CaO,釉料即呈高温走向,这会导致釉熔体中石英在长石玻璃中熔解量相对降低而使熔体热膨胀系数提高,有利于克服下弯角变形。
3.2 工艺控制方面对釉热膨胀系数与砖型的影响
(1) 釉浆细度的影响:原则上釉浆越细,膨胀系数会越大;基于此理论,将2#滑面细度设计为靠上弦0.15%(250目),同时将4#防滑面细度设计为偏下弦0.1%(250目筛余)。
(2) 釉面厚度对砖型的影响:
一般情况下,我们在生产中会将变形幅度大的产品的釉量在保证釉面对坯体有足够遮盖力的前提下适量减少,也可收到明显效果。
(3) 熔块选择的影响:熔块的质量波动与选择熔块的恰当与否也很重要。为了匹配2#平滑釉面产品,在4#防滑釉面配方中应加入一种始熔点较高、热膨胀系数相对较大些的乳浊熔块。
3.3 烧成制度对产品平整度的影响
(1) 前温阶段的影响:
前温阶段的550～600℃之间,有α-石英与β-石英相变,及以粘土矿物脱水为特征的热膨胀系数变化,此阶段应尽可能保证几个品种的相对平直度(不可太翘,也不可太弯)。一般此阶段坯体下弯、产品形状呈上凸时,应采取降低辊道上面温度或提高辊道下面温度的办法;反之则采用相反的措施处理。
(2) 中温阶段的影响:
中温阶段时,一方面氧化分解反应还在进行,另一方面1020℃左右时釉面开始产生液相,要保证在液相完全封闭前氧化分解反应完成。
(3) 高温阶段的影响:
高温阶段,特别是高火保温阶段,对于烧成带最后2组枪的控制显得非常重要。一般如尺寸偏大的下弯变形,应采取升高此区间上部温度5～10℃或更多的方法;如尺寸偏小的下弯变形,可采取降低下部温度5～10℃或更多的方法;如尺寸合格的下弯变形,宜采取升高上部5～10℃并对等降低辊道下部温度的办法。
(4) 冷却阶段的影响:
小规格釉面仿古砖产品一般以无光、半无光为主,快速冷却抑制晶粒变大,会使釉面有偏光走向;对于砖型方面,必要时在此区间也可通过调整上下风管的开度来调节产品的平整度,一般产品下弯时,采取关小上风管各支闸、开大下风管各支闸的办法来调节,反之也一样。
4实验结果
将2#、3#、4#釉料配方产品试烧,进行产品性能测定:
(1) 热稳定性:将2#、3#、4#釉料配方产品放入150℃的烘箱加热10min,立即置于20℃冷水中冷却,循环3次无裂纹;
(2)釉的线膨胀系数:按GB/T3810.8-1999idt ISO1054-8:19994的试验方法进行测定;
(3) 2#、4#配方的釉表面质量、尺寸偏差、平整度均符合釉面砖国家标准GB/T4100.5-1999相关要求,3#配方产品试烧中下弯角严重超标。
经过1160～1175℃快速烧成后,2#、4#配方烧成后呈现两种不同的釉面效果,砖坯平直度、尺寸偏差均能满足客户要求。混烧工艺的实现,有效地缓解了仿古砖生产与排产紧张的矛盾,实现了一窑多线的生产,为企业带来了良好的经济效益。
5结 论
两种不同釉面效果的小规格炻质仿古砖的混烧工艺是一个系统工程。在2#平滑釉面的配方上采取适当提高防滑釉面效果的高温粘度的配方,以保证其防滑釉面的效果,但又不至于产生生烧釉面;同时,适当提高防滑釉面的膨胀系数,以克服其拱形下弯的趋势,使之与平滑釉面产品的砖型相匹配,取得了良好的效果。
参考文献
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