年产15万吨无釉砖工艺设计大学论文.docx
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年产15万吨无釉砖工艺设计大学论文
工艺设计课程设计（论文）
设计（论文）题目
年产15万吨无釉砖的工艺设计
学院名称材料与化学化工学院
专业名称材料科学与工程（无机非金属方向）
学生姓名
学生学号
任课教师
设计（论文）成绩
年产量15万吨无釉砖的工艺设计
摘要
根据课程设计的要求，从工厂生产规模、经济效益及市场情况等方面出发，设计了一个年产量15万吨的无釉砖生产线，力求工厂的工艺流程适应性高、设备安全可靠、经济合理、技术先进。
利用已知原料，详细的进行了计算了配方的计算，对于本厂的产量进行物料衡算，根据工艺流程进行设备选型和计算。
工厂车间包括原料加工车间、成型车间、烧成车间，其中本文重点介绍了论述了成型车间工艺和设备的选择。
全自动液压机生产产品质量优异，生产效率高。
四层辊道式干燥器占地面积小，合理利用辊道窑余热，节约能耗。
辊道窑烧成，效率高，无釉砖强度高。
关键词：
无釉砖;成型车间;工艺流程;物料衡算;配方设计
Theannualoutputof150,000tonsofprocessdesignunglazedtiles
ABSTRACT
Accordingtocoursedesignrequirements,intermsofscalefactoryproduction,economicandmarketconditionsstarting,designedwithanannualcapacityof150,000tonsunglazedtileproductionline,tohighadaptabilitytotheplantprocessequipmentsafe,reliable,economical,advancedtechnology.Usingknownmaterialswerecalculatedindetailthecalculationformulaforthefactory'sproductionaccountingformaterial,equipmentselectionandcalculationscarriedoutaccordingtotheprocess.Factoryfloorincludingrawmaterialsprocessingplant,moldingworkshop,firingworkshop,whichdiscussedthepaperfocusesontheselectionprocessandequipmentmoldingworkshop.Automatichydraulicmachinemanufacturinghigh-qualityproducts,highproductionefficiency.Fourrollerdryersmallfootprint,therationaluseofrollerkilnwasteheat,saveenergy.Rollerkilnfiring,highefficiency,highintensityunglazedtiles
Keywords:
Unglazedtiles;Moldingworkshop;Process;Materialbalance;Formulation
目录
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
前言Ⅲ
第一章设计任务书1
1.1设计题目1
设计题目：
年产量15万吨无釉砖的工艺设计1
1.2设计依据1
1.2.1设计参数1
1.2.2设计依据1
1.3设计内容及要求2
1.3.1设计内容2
1.3.2设计要求2
2.工艺设计说明书2
2.1生产方法的选择2
2.2坯料配方的确定与计算3
2.3生产工艺流程选择及论证5
2.3.1设计的基本思想5
2.3.2工艺流程的确定5
2.3.3坯料制备方法的选择6
2.3.4成型方法的选择7
2.3.5干燥方法的选择7
2.3.6烧成方法的选择8
2.4主要工艺参数、定额指标及车间工作制度的选择8
2.4.1主要工艺参数、定额指标8
2.4.2车间工作制度的选择9
2.5物料平衡计算9
2.6设备选型及计算11
2.6.1设备的选择原则及考虑因素11
2.6.2成型设备类型选择12
2.6.3成型主机设备的计算13
2.6.4干燥设备的选择和计算15
2.7车间工艺布置16
2.7.1成型车间布置的原则16
2.7.2成型车间布置16
2.8结束语17
参考文献18
前言
根据课程设计的设计题目，年产15万吨无釉砖的工厂设计，从设计原则、设计依据、设计原理出发，参考国内外文献及生产水平，目的设计一个现代化大规模，机械化程度高，自动化程度高的大厂。
同时考虑到无釉砖生产原料全为粉体原料，从工人角度出发，采用湿法制备坯料，减少粉尘污染，降低对工人身体的损害。
技术上，选择先进的设备，一是能提高生产效率和品质，二是能减少人力的投入，减少耗费体力的工序。
从各个方面减少工厂的投资，提高工厂效益。
成型选择全自动液压机，高效低耗。
干燥选择四层辊道式干燥器，利用了辊道窑的余热，降低能耗。
一次烧成，成品质量控制好。
整体的工艺流程简单，高效，安全，可靠。
第一章设计任务书
1.1设计题目
设计题目：
年产量15万吨无釉砖的工艺设计
1.2设计依据
1.2.1设计参数
（1）生产的产品与规格见表1.1
表1.1生产的产品与规格
产品名称
规格型号
年产量（万吨）
成品单重（Kg/块）
无釉砖
300*300
15
1.5
（2）原料与配方,坯料的化学计量式（物质的量）为：
0.7631SiO2•Al2O3•0.0464MgO•0.0445CaO•0.0578Na2O
坯料各组成的摩尔质量如表2.2所示
表1.2坯料各组成的摩尔质量（g/mol）
化学组成
Al2O3
MgO
CaO
SiO2
Na2O
摩尔质量
102
40.3
56
60
62
（3）矿物原料及其化学组成（质量分数）如表
表1.3矿物原料及其化学组成（质量分数）
化学组成
（质量分数）
工业氧化铝
滑石
碳酸钙
辽宁膨润土
钠长石
SiO2
63.5%
26.5%
60.5%
Al2O3
100%
58.5%
25.7%
CaO
56%
CO2
44%
MgO
31.7%
Na2O
13.8%
H2O
4.8%
14%
1.2.2设计依据
（1）参考在几个厂家的实习学习经验，并结合本设计的要求进行本次设计。
（2）查阅相关资料，查阅相关研究成果作为本次设计的依据。
（3再生产质量合格的情况下，充分利用原料简化流程，缩短生产周期，同时提高产品质量，并注意引进先进技术的实用性和稳定性。
1.3设计内容及要求
1.3.1设计内容
设计的内容包括：
配方的设计和计算、工艺流程的选择及论证、主要工艺指标确定、物料衡算、设备选型及衡算等。
重点设计成型车间。
1.3.2设计要求
设计要求为：
（a）保证产品质量，提高产品档次；
（b）节约投资，保证经济效益；
（c）节约能源；
（d）注意改善工人工作条件，降低工人劳动强度；
（e）设计过程中严格执行国家方针、政策、标准和规范。
2.工艺设计说明书
2.1生产方法的选择
本设计是为年产量150万吨的无釉砖的工厂设计，首先工厂年产量大，规模很大，其次无釉砖结构简单，形状规则。
在通过分析目前国内外同等产品发展情况及市场销售状况，查阅大量文献，参考国内外的先进生产方法，选用先进的技术水平及合理的工艺流程，将工厂设计为现代化大规模的机械化、自动化程度高的工厂。
采用电子配料、间歇式球磨机、喷雾干燥塔造粒、陶瓷液压自动压砖机、四层辊道式干燥、抛光、磨边倒角的方法生产品质高的无釉砖。
生产中处理方法简述如下：
（1）原料进厂时，严格控制质量，分类堆放。
（2）进厂原料为经过加工处理的原料，直接用电子秤称量，然后入球磨机进行湿法球磨。
（3）料浆在浆池中陈腐后经柱塞泵入喷雾干燥塔制得半干压粉料。
（4）陶瓷液压自动压砖机进行半干压成型。
（5）四层辊道式干燥器干燥。
（6）辊道窑一次烧成。
此生产方法的机械化和自动化程度较高，生产效率能得到大幅提升，基本建设投资少，生产成本低，且改善了工人劳动的环境，减轻了工人的劳动强度，设计合理。
2.2坯料配方的确定与计算
已知坯料的化学计量式（物质的量）为
0.7631SiO2•Al2O3•0.0464MgO•0.0445CaO•0.0578Na2O，
以及所用矿物原料的组成，根据坯料的化学计量式及各组成的摩尔质量求出各组成的化学组成（质量百分数）。
计算见表1.1
表2.1坯料各组成的摩尔质量（g/mol）
化学组成
Al2O3
MgO
CaO
SiO2
Na2O
合计
摩尔质量
102
40.3
56
60
62
质量
102
1.8699
2.492
45.786
3.5836
155.7315
质量分数（%）
65.4973
1.2007
1.6002
29.4006
2.3011
99.9999
根据坯料各化学组成（质量百分数）及原料的化学组成（详见表1.2），采用逐项满足的方法，求出各种原料的引入质量，计算过程见表1.,3
表2.2矿物原料及其化学组成（质量分数）
化学组成
（质量分数）
工业氧化铝
滑石
碳酸钙
辽宁膨润土
钠长石
SiO2
63.5%
26.5%
60.5%
Al2O3
100%
58.5%
25.7%
CaO
56%
CO2
44%
MgO
31.7%
Na2O
13.8%
H2O
4.8%
14%
表2.3坯料配料计算
坯料组成%
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Na2O
29.4006
65.4973
1.6002
1.2007
2.3011
第一步，引入碳酸钙1.6002/56%=2.8575
1.6002
余
29.4006
65.4973
0
1.2007
2.3011
第二步，引入滑石
1.2007/31.7%=3.7877
2.4052
1.2007
余
26.9954
65.4973
一
0
2.3011
第三步，引入钠长石2.3011/13.8%=16.6746
10.0881
4.2854
2.3011
余
16.9037
61.2119
一
0
第四步，引入辽宁膨润土
16.9037/26.5%=63.7875
16.9037
37.3157
余
0
23.8962
一
最后，引入工业氧化铝
23.8692/100%=23.8692
23.8692
余
一
表中引入原料的总量为2.8575+3.7877+16.6746+63.7875+23.8692=110.9756,化为所用原料的质量百分比为:
（碳酸钙）=
（滑石）=
（钠长石）=
（辽宁膨润土）=
（工业氧化铝）=
2.3生产工艺流程选择及论证
2.3.1设计的基本思想
（1）工艺设计的基本原则为：
1.安全可靠，经济合理，技术先进
2.合理的选择工艺流程和设计指标
3.为生产挖潜和发展留有余地
4.合理考虑机械化、自动化装备水平
5.注意环境保护，减少污染
6.要考虑其他专业设计的要求，并为其提供可靠资料
（2）工艺流程的选择依据为：
1.原料的组成和性质
2.产品品质及质量要求
3.工厂规模及技术装备水平
4.建厂地区气候条件
5.半加工实验
2.3.2工艺流程的确定
本工厂生产无釉砖，综合考虑，确定工艺流程为：
原料进厂→基泥配料→球磨→过筛除铁→泥浆池→喷雾干燥造粒→过筛→入仓陈腐→成形→干燥→烧成→抛光→磨边倒角→检选分级→包装入库
2.3.3坯料制备方法的选择
设计采用湿法制备原料的方法，湿法制备粉料的工艺流程为：
原料配料→球磨→过筛除铁→泥浆池→喷雾干燥塔→入仓陈腐→成型
湿法制坯料相比干法制坯料的投资大，虽然能耗大，但制备的粉体排气性好，组成均匀，更适用于粉料的制备。
尤其是工人的工作环境和粉料的质量较好。
具体过程为，通过输送带将泥砂料装入球磨机内，加入水和其他添加剂。
根据泥浆细度要求设定球磨时间至一定的细度测浆确定是否合格。
泥浆水份、细度达到标准后放浆过筛、除铁进入浆池内陈腐备用。
通过柱塞泵压力将达到工艺要求的泥浆，压入干燥塔中的雾化器中，雾化器将泥浆雾化成细滴，在热风作用下干燥脱水制成一定颗粒级配的粉料。
通过过筛对粉体颗粒进行级配筛分，使粉体达到粒度和水分的合格要求。
通过喷雾干燥后的粉料有一定的温度，且水份也不均匀，所以粉料一般需陈腐24小时后使用。
2.3.4成型方法的选择
（1）选择成型工艺的原则
陶瓷产品种类繁多，形状相差悬殊，坯料性能不一致，所以生产中成型方法是多种多样的。
坯体成型的好坏很大程度上决定了产品质量的好坏。
在设计中一般是根据制品的形状、大小、厚薄、质量、泥料性质、技术及设备条件和经济效果等因素来确定成型工艺。
选择成型工艺的原则是：
1.尽可能选用先进的工艺和技术，减少工序，缩短生产周期，提高生产效率，降低原料、材料、燃料消耗，改善劳动条件，但必须切实可行。
2.在满足制品加工要求条件下，成型生产流程应力求单一化，即不同规格或品种的产品应可能采用相同的工艺流程，以利于安排生产计划和生产调度。
（2）成型方法的选择
陶瓷器件传统成型方法有可塑成型、注浆成型以及压制成型。
可塑成型是通过胶态原料制备、加工，从而获得一定形状的陶瓷配体。
具体可分为雕塑、拉坯、印坯、旋坯、滚压、塑压等，广泛应用于日用陶瓷制造。
注浆成型适用于制造各种形状复杂且不规则、外观尺寸要求不严格，壁薄及大型厚胎的异形制品。
注浆成型法工艺简单，但劳动强度大，生产周期长，不易实现自动化生产。
压制成型根据含水率不同可分为干压成型和半干压成型。
适用于成型形状规则，尺寸严格要求，体积不大的制品。
压制成型产品的形状尺寸准确，质量高。
另外，成型过程简单，生产量大，便于机械化的大规模生产，对具有规则几何形状的扁平制品尤为适宜，主要应用于釉面砖，墙地砖，锦砖及低压电瓷等制品[1]。
半干压法具有以下优点:
（a）半干法成型砖坯成型后和干法后坯体强度大。
在装卸、运输、装窑时不易变形、掉角、压裂，外观质量边角整齐，外形规整。
尺寸误差小。
（b）半干法成型砖坯含水分少、干燥收缩率小
（c）由于半于法成型砖坯成型后坯体体积密度大，在相同的烧成温度和烧成工艺条件下．成品的抗压强度、抗折强度、耐磨性等物理性能更为优越[2]。
此工厂生产年产量15万吨的无釉砖，年产量大，且无釉砖形状简单、规整，，需要现代化大规模的成型方式，故选择半干压成型。
2.3.5干燥方法的选择
干燥是借助热能是坯料中的水分汽化并有干燥介质带走的过程。
对于陶瓷坯件来说，干燥过程尤为重要，其目的是排除坯体中的水分，同事赋予坯体一定的干燥强度，满足搬运以及后续工序的要求。
干燥方法有自然干燥法和人工干燥法。
自然干燥法是将湿坯置于露天或室内的场地上，借助风吹日晒的自然条件使坯体干燥的方法。
自然干燥成本低，但干燥速率慢，产量低，劳动强度大，收气候影响大，不适用于大规模的工业化生产。
人工干燥法也称机械干燥法，是将湿坯放在专门的设备中进行加热，是坯体的水分蒸发而干燥。
相对于自然干燥法，机械干燥法的干燥速率快，产量大，不收气候条件限制，便于实现自动化，适用于工业化生产。
机械干燥法又可细分为热空气干燥、电热干燥、辐射干燥及综合干燥等。
其中热空气干燥中按干燥设备分为箱式干燥、链式干燥、隧道式干燥、辊道窑传送干燥喷雾干燥，热泵干燥等[3]。
其中辊道式传送干燥与辊道式窑炉一体化，可以实现生产自动化，既提高效率又降低能耗和过程损耗。
佛山市摩德娜机械有限公司在四层辊道式干燥器的应用推广中比较了四层辊道式干燥器与其他传统干燥设备的对比（详见表2.1），可以明显看出，四层辊道式干燥器具有干燥速度快、效率高，成品合格率高，产品缺陷少，能耗低，占地面积小，节省场地，自动化程度高的优点[4].
综上所述，从各个方面考虑，本设计采用多层辊道式干燥，即提高产品质量的同时又提高经济效益。
表2.4干燥设备参数对比
项目干燥方式
干燥周期/h
干燥合格率/%
耗电/（kw·h
/kg）
蒸发水用热量/（kcal/kg）
耗天然气/（m3/kg产品）
设备占地面积/m2
优缺点
室式烘房+微波干燥
36
70
0.095
4348
0.059
600
周期长、合格率低、单位能耗高、占地面积大
进口隧道式干燥器
22
92
0.046
1607
0.026
714
周期长、合格率低、单位能耗高、占地面积大
四层辊道式干燥器
3
98
0.059
229
0.020
179
周期短、合格率高、能耗低、占地面积小
2.3.6烧成方法的选择
陶瓷品种的不同，采用的烧成工艺和烧成制度不同，选用的窑炉类型也不同。
国内釉面砖一般采用二次烧成，卫生瓷，墙地砖，锦砖等一般采用一次烧成，外墙砖一次烧成二次烧成均可采用，电瓷、日用瓷为一次烧成。
辊道式窑炉是将坯体放在辊子上，利用辊子的转动，是坯体在运动过程中完成整个烧成过程。
辊道式窑炉已逐步取代隧道窑，推板窑成为墙地砖烧成的主要烧成设施。
辊道窑内温度均匀，坯体上下和横向温差小，可上下同时加热产品，受热均匀。
辊道窑不用窑车等耐火材料，减少热量损失，单位产品的燃料消耗大大降低。
此工厂生产的无釉砖，不用上釉，故采用一次烧成，窑炉选择辊道式窑炉。
2.4主要工艺参数、定额指标及车间工作制度的选择
2.4.1主要工艺参数、定额指标
工厂生产任务，年产量，工作天数等主要工艺参数如表2.5所示
表2.5主要工艺参数、定额指标
名称
单位
数值
生产任务
万吨
15
工作天数
天
330
年生产量
万块
10000
规格
Mm
300x300
成品单重
Kg/块
1.5
单块面积
m2/块
0.09
坯料细度
％
2～3
坯浆比重
g/cm3
1.55
坯料球磨周期
H
16
干燥周期
H
0.5
坯料∶料∶球石
1∶1.7∶0.8
2.4.2车间工作制度的选择
考虑节假日及仪器检修时间，一年工作天数为330天，原料球磨工段、喷雾干燥造粒工段、成型工段、坯体干燥工段、烧成工段、抛光、倒角磨边工段均为连续作业，采用三班制度。
原料配料工段为不连续作业。
除检修外，人员轮休，仪器不停运作。
以确保能够高质量完成工作任务。
2.5物料平衡计算
主要工艺技术指标如表2.6所示
表2.6主要工艺技术指标
序号
指标名称
单位
指标
备注
1
坯料总损失率
％
5
2
坯料球磨周期
h
16
3
坯料细度
％
2～3
250目筛余
4
成型合格率
％
98
5
干燥合格率
％
98
6
烧成温度
℃
1230
7
烧成合格率
％
98
8
矿物原料利用率
％
98
全部为粉料进厂
9
素烧合格率
％
98
10
坯浆比重
g/cm3
1.55
11
坯料∶料∶球石
1∶1.7∶0.8
（1）成品规格：
300*300mm单重1.5kg/块年产量：
15万吨
年成品总质量：
15万吨
年成品总块数：
（2）入窑烧成合格率为98%
年入窑坯块数：
年入窑坯质量：
（3）干燥合格率为98%
年干燥坯块数：
年干燥坯质量：
（4）成型合格率为98%
年成型坯块数：
年成型坯质量：
（5）坯料总损失率为5%
年球磨机加工量：
（6）矿物原料利用率98%
年原料总量：
将上述物料衡算计算及主要参数总结为表2.7
表2.7物料衡算结果
产品名称
无釉砖
规格（mm）
300*300
成品单重（kg/块）
1.5
年产量（万吨）
15
年产量（万块）
10000
烧成合格率（%）
98
入窑坯
年加工量（万吨）
15.31
年加工量（万块）
10204.08
干燥合格率（%）
98
干燥坯
年加工量（万吨）
10412.33
年加工量（万块）
15.62
成型合格率（%）
98
成型坯
年加工量（万吨）
10624.83
年加工量（万块）
15.94
成型用料量（万吨）
15.94
坯料总损失率（%）
5
球磨机加工量（万吨）
16.78
矿物原料利用率（%）
98
原料总量（万吨）
17.12
坯料所需各原料用量总结为表2.8
表2.8各原料所需量
序号
名称
质量分数（%）
所需用量（万吨/年）
1
碳酸钙
2.5749
0.44
2
滑石
3.4131
0.58
3
钠长石
15.0255
2.57
4
辽宁膨润土
57.4769
9.84
5
工业氧化铝
21.5085
3.68
2.6设备选型及计算
成型车间的任务是将原料车间提供的可塑性粉料加工成坯体，并经修坯、干燥、上釉等工序为烧成车间提供质量合格的坯体。
陶瓷的成型对制品的性能有着至关重要的影响。
此工厂生产产品为无釉砖，故无需上釉，经过成型、干燥工序即可。
2.6.1设备的选择原则及考虑因素
（1）设备选择的原则
工艺设备，按性质可分为机械设备和热工设备，按照用途可分为主要设备和辅助设备。
工艺设备选型与计算的任务是，根据配方、生产性质，产量大小和工艺流程选择设备的类型，然后确定设备的规格大小，最后根据各工序的加工量和设备的生产能力进行计算，确定所需设备台数。
设计的顺序是先选定主要设备，在确定辅助设备。
（2）设备选型应考虑的因素为：
1．满足生产工艺要求
2．机械化和自动化水平
3．设备性能良好
4．管理、维修方便，工艺布置合理
5．节约能源
6．适用场合及设备来源
7．技术经济比较
2.6.2成型设备类型选择
世界各国生产陶瓷砖除了塑性法、注浆法成型坯体之外，只要是采用颗粒状粉料压力成型工艺的基
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