陶瓷行业的生产过程始终伴随着高温煅烧与精密成型，从瓷砖的压制成型冷却，到陶瓷坯体的干燥控温，再到釉料喷涂的温度稳定，每一个环节的温度管理都直接影响陶瓷制品的致密度、平整度和表面光泽度。冷水机作为关键冷却设备，需在粉尘密集（陶瓷粉料粒径 1-50μm）、环境温度高（车间温度达 50℃）的工况下，提供稳定的冷却能力（控温精度 ±2℃），同时具备防堵塞、抗磨损和连续运行的特性。陶瓷用冷水机的选型与运行，是平衡产品质量、生产效率与设备维护成本的核心环节，更是提升陶瓷制品市场竞争力的重要支撑。

一、陶瓷行业对冷水机的核心要求

（一）耐高温与热冲击能力

陶瓷生产的高温环境对冷水机的耐热性能提出严苛要求：

• 陶瓷窑炉的窑口、辊道等部位需持续冷却（表面温度达 600-1000℃），冷却水温需控制在 35±2℃，温度波动过大会导致窑体变形（窑宽偏差≥5mm）；

• 瓷砖压机的模具在压制成型后（温度升至 80℃）需快速冷却至 40℃以下，冷却时间超过 30 秒会导致坯体脱模困难（破损率≥5%）；

• 釉料球磨机的研磨缸因摩擦生热（温度达 60℃），需冷却至 35±1℃，高温会导致釉料性能改变（光泽度下降 10%）。

某瓷砖厂因冷水机冷却不足，导致压机模具温度过高，坯体脱模破损率从 2% 升至 8%，日损失瓷砖 3000㎡。

（二）防堵塞与粉尘耐受能力

陶瓷生产的高粉尘环境对设备流通性构成严峻挑战：

• 陶瓷粉料（主要成分为 SiO₂、Al₂O₃）随空气进入冷却系统，会沉积在管道和换热器表面（每月厚度增加 1-2mm），导致流量下降 15%-20%；

• 釉料研磨过程中泄漏的浆料（含颗粒粒径 5-20μm）会进入冷却水路，堵塞精细流道（如模具冷却孔直径仅 3-5mm）；

• 车间环境湿度较高（60%-70%），冷水机需具备防潮设计（电气部件防护等级≥IP54），避免短路故障。

某陶瓷厂因冷却管道被粉料堵塞，导致窑炉辊道冷却不均，瓷砖烧成后平整度偏差超 2mm，废品率达 12%。

（三）连续运行与成本控制

陶瓷生产的批量性要求冷水机具备高可靠性：

• 需支持 300 天以上连续运行（MTBF≥8000 小时），平均维修时间≤2 小时，避免生产线中断；

• 具备负荷调节能力（40%-100%），匹配压机、窑炉的间歇式工作模式（如换模、检修时自动降载）；

• 机组能效比（COP）满负荷时≥3.6，部分负荷（50%）时≥3.1，降低长期运行成本。

二、不同陶瓷工艺的定制化冷却方案

（一）陶瓷成型：压机与模具冷却

1. 瓷砖压机冷却

某瓷砖厂采用该方案后，坯体密度偏差从 3% 降至 1%，烧成后平整度提升至 ±0.5mm，优等品率提高 8%。

◦ 核心挑战：全自动瓷砖压机（压力 3000-6000kN）的模具和横梁在高频压制（3-5 次 / 分钟）时产生大量热量，需冷却至 40±2℃，否则会导致坯体密度不均。

◦ 定制方案：

▪ 采用水冷式螺杆冷水机（制冷量 100-300kW），为模具和横梁提供 25±1℃冷却水，总流量 100-200m³/h；

▪ 模具内部采用蜂巢式水路设计（增加 50% 换热面积），水流速≥1.5m/s，确保模面温差≤3℃；

▪ 与压机 PLC 联动，压制次数超过 1000 次后自动增加 20% 冷却水量（补偿模具热疲劳）。

1. 陶瓷模具冷却

◦ 核心挑战：异形陶瓷（如马桶、花盆）的石膏模具在注浆成型后需冷却至 35±2℃，冷却不均会导致坯体开裂（废品率≥10%）。

◦ 定制方案：

▪ 采用风冷式冷水机（制冷量 10-50kW），通过喷淋管对模具表面降温，水温控制在 20±1℃；

▪ 模具放置台架设计为镂空结构，底部安装循环风机（风速 2m/s），加速水分蒸发散热；

▪ 配备温度传感器（嵌入模具内部），与冷水机形成闭环控制（温差超 5℃时调整喷淋量）。

（二）烧成与釉面处理：窑炉与喷涂冷却

1. 陶瓷窑炉冷却

◦ 需求：辊道窑（温度 1200-1300℃）的窑口、急冷段需强制冷却，窑口温度需控制在 200±10℃，急冷段降温速率需稳定在 50℃/min。

◦ 方案：

▪ 采用高压离心式冷水机（制冷量 500-1500kW），供水压力 1.0-1.5MPa，水温控制在 30±1℃，总循环水量 500-1500m³/h；

▪ 窑口冷却采用套管式水套（内管走水，外管隔热），急冷段安装高压喷嘴（间距 100mm），精准控制降温速率；

▪ 冷却水路与窑炉温控系统联动，根据烧成温度自动调整水量（温度升高，流量同步增加）。

1. 釉料喷涂冷却

◦ 需求：陶瓷釉料在喷涂前需维持 25±1℃（粘度稳定），喷涂设备的雾化器因高速旋转（3000r/min）生热，需冷却至 40℃以下。

◦ 方案：

▪ 采用涡旋式冷水机（制冷量 5-20kW），为釉料储罐和雾化器提供 15±1℃冷却水；

▪ 釉料储罐夹套采用螺旋式流道（水流速 1m/s），确保罐内釉料温差≤1℃；

▪ 系统配备精细过滤器（精度 20μm），防止釉料颗粒进入冷却水路（每周更换滤袋）。

（三）特种陶瓷生产：精密控温与性能保障

1. 电子陶瓷烧结冷却

某电子陶瓷厂采用该方案后，产品介电常数偏差从 ±8% 降至 ±3%，合格率提升至 96%。

◦ 核心挑战：电子陶瓷（如氧化锆陶瓷）烧结后需缓慢冷却（速率 5-10℃/min），温度波动超过 2℃会导致介电性能下降（损耗率增加 5%）。

◦ 定制方案：

▪ 采用变频螺杆冷水机（制冷量 50-200kW），配合多段式冷却室，每段水温独立控制（偏差 ±1℃）；

▪ 冷却室内安装热风机（与冷水机联动），实现 “降温 - 保温” 交替控制，精准匹配冷却曲线；

▪ 配备红外热像仪（分辨率 640×512），实时监测陶瓷表面温度分布（温差超 3℃时报警）。

1. 陶瓷研磨设备冷却

◦ 需求：陶瓷球磨机（研磨介质为氧化锆球）工作时，缸体温度会升至 60℃，需冷却至 35±1℃，高温会导致研磨效率下降（粒径偏差≥10%）。

◦ 方案：

▪ 采用水冷式冷水机（制冷量 20-100kW），缸体夹套通冷却水（流速 1.2m/s），水温控制精度 ±0.5℃；

▪ 冷却水路与球磨机转速联动（转速 30-60r/min），转速提高时自动增加冷却水量；

▪ 系统配备压力补偿装置（维持进水压力 0.3±0.02MPa），避免因管路阻力变化影响流量稳定。

三、运行管理与维护策略

（一）防堵塞与粉尘控制

1. 多级过滤系统设计

◦ 一级过滤：总进水口安装自清洁过滤器（精度 100μm），带压差触发反冲洗（差压≥0.1MPa），过滤效率≥98%；

◦ 二级过滤：精密设备（如模具冷却）前加装袋式过滤器（精度 20μm），每日检查滤袋污染程度（建议压差≤0.05MPa）；

◦ 末端过滤：喷嘴、细小流道前安装烧结网过滤器（精度 10μm），每周拆卸清洗（用高压水反冲）。

1. 定期清洁与管路维护

◦ 每日：清理过滤器表面可见粉尘，检查水泵入口压力（稳定在 0.1-0.3MPa）；

◦ 每周：拆卸袋式过滤器滤芯，用压缩空气吹扫（压力 0.5MPa），检查管路连接处有无泄漏；

◦ 每月：用内窥镜检查换热器内部（有无粉料堆积），必要时进行高压水清洗（压力 10-15MPa）。

某陶瓷企业通过完善过滤系统，冷却系统堵塞故障从每月 4 次降至 0.5 次，换热器清洗周期从 1 个月延长至 4 个月。

（二）节能运行与成本优化

1. 负荷精准匹配

◦ 变频控制：根据压机运行次数、窑炉温度等参数自动调整压缩机转速（30-50Hz），待机时能耗降低 60%；

◦ 余热回收：利用窑炉冷却回水（60-80℃）加热坯体干燥空气（从 20℃升至 60℃），节约燃气消耗 25%；

◦ 某瓷砖厂应用后，冷水机年耗电量下降 35 万度，余热回收年节约天然气 8 万立方米。

1. 智能运行策略

◦ 错峰用电：在电网谷段（0:00-8:00）满负荷运行并储存冷水（蓄冷罐容量 200-500m³），高峰时段减少机组运行（节省电费 30%）；

◦ 分组控制：将压机、窑炉、研磨设备的冷却系统分组管理，非生产时段关闭对应回路（如夜间关闭压机冷却）；

◦ 某陶瓷产业园实施后，整体冷却能耗下降 22%，年节约能源成本 60 万元。

（三）安全保障与故障应急

1. 设备防护措施

◦ 电气防护：冷水机安装在远离粉尘源的独立机房，电气柜加装防尘罩和除湿机（湿度≤60%），接地电阻≤4Ω；

◦ 管道防护：靠近窑炉的高温管道采用硅酸铝保温层（厚度≥50mm），表面温度≤50℃，避免人员烫伤；

◦ 耐磨设计：与陶瓷粉料接触的水泵叶轮采用高铬铸铁材质（硬度≥HRC55），延长使用寿命至 8000 小时以上。

1. 故障应急处理

◦ 机组停机：立即启动备用冷水机（建议 1:1 冗余配置），开启应急供水泵（流量为正常的 80%），同时降低窑炉温度（避免过热）；

◦ 管道堵塞：采用分段排查法（从末端向源头），用高压水冲洗堵塞段（压力 15MPa），必要时更换局部管路；

◦ 水质超标：紧急排放系统积水，用清水冲洗管路 3 次，重新投加阻垢剂和杀菌剂（按双倍剂量）。

四、典型案例：陶瓷产业园冷却系统设计

（一）项目背景

某陶瓷产业园（含 5 家瓷砖厂、2 家卫生陶瓷厂、1 家特种陶瓷厂）需建设集中冷却系统，服务于 20 台瓷砖压机、5 条辊道窑、10 台球磨机，要求系统总制冷量 3000kW，单位产品冷却能耗≤0.5kWh/㎡，年运行时间 7200 小时。

（二）系统配置

1. 分区冷却架构：

◦ 成型区：8 台 200kW 螺杆冷水机（6 用 2 备），供应 25±1℃冷却水至压机和模具，总流量 1500m³/h；

◦ 烧成区：4 台 500kW 高压离心冷水机（3 用 1 备），服务辊道窑窑口和急冷段，水温控制 30±1℃；

◦ 深加工区：3 台 100kW 变频冷水机，为釉料喷涂和研磨设备供水，控温精度 ±0.5℃。

1. 安全与节能设计：

◦ 全系统采用多级过滤（100μm→50μm→20μm），关键设备前加装自清洁过滤器；

◦ 安装能源管理系统，按厂区计量能耗，实现负荷动态调整和余热回收（年节约标准煤 600 吨）；

◦ 窑炉冷却回水余热回收用于坯体干燥（替代燃气加热），年减少碳排放 1500 吨。

（三）运行效果

• 产品质量：瓷砖平整度偏差≤0.5mm，卫生陶瓷开裂率从 8% 降至 2%，特种陶瓷性能参数达标率 98%；

• 生产效率：压机成型周期缩短 5 秒 / 次，窑炉连续运行时间从 120 天延长至 180 天；

• 成本控制：单位产品冷却能耗降至 0.35kWh/㎡，设备维护成本降低 40%，投资回收期 3 年。

陶瓷行业的冷水机应用，是 “高温耐受” 与 “防堵耐磨” 的有机结合，它不仅能保障陶瓷制品的高品质与稳定性，更能通过延长设备寿命、降低能耗实现成本优化。随着陶瓷行业向薄型化、功能化发展（如超薄瓷砖、抗菌陶瓷），冷水机将向 “更高压力（≥1.6MPa）、更精准控温（±0.5℃）、智能粉尘识别” 方向发展。