年产1000万件日用陶瓷陶瓷厂工艺设计化学专业.docx

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年产1000万件日用陶瓷陶瓷厂工艺设计化学专业

年产1000万件日用陶瓷陶瓷厂工艺设计

摘要

本设计是进行一个年产1000万件日用陶瓷陶瓷厂工艺设计。

根据设计要求对各个工序均进行了严格的论证和计算，主要包括：

坯釉料配方、全厂工艺流程、主要工艺制度和工艺参数的确定，物料衡算，设备选型计算及对重点车间的工艺布置等。

本次设计采用国内先进生产技术，注意降低生产成本，节省建厂资金。

例如：

利用辊道窑内气体余热对生坯进行干燥，减少热量损失；生产过程实现机械化，且基本可以实现自动化控制，节省了人力、物力，改善了工人的劳动环境。

本设计选取了球磨机，国产辊道窑其他陶瓷工艺设备，这为产品的质量奠定了坚实的基础。

厂区内部进行了适当的绿化，在不影响正常生产的情况下绿化了环境，减少了对环境的污染。

此设计是一个成功和先进的设计，可以为其他工厂建厂时提供借鉴。

关键词：

陶瓷，物料衡算，资金概算，技术指标

Abstract

Thisdesignisforanannualoutputof10milliondaily-useceramicsceramicsfactoryprocessdesign.

Accordingtothedesignrequirementsofthevariousprocessesarerigorousargumentandcalculation，including：

bodyandglazerecipes，plant-wideprocess，themainprocesssystemandthedeterminationofprocessparameters，materialbalance，equipmentselectioncalculationandworkshopprocesslayoutandsoon.

Thedesignusesadvancedproductiontechnology，payattentiontoreduceproductioncosts，savefactoriesfunds.Forexample：

theuseofrollerkilngaswasteheatisdryinggreen，reduceheatloss;mechanizedproductionprocess，andbasicallycanbeautomatedcontrol，savingmanpower，materialresources，improvethelaborenvironment.

Thedesignselectedballmill，therollerkiln，glazinglineandotherceramictechnologyequipment，whichhaslaidasolidfoundationforthequalityoftheproduct.

Factorywithinthegreen，greenenvironmentdoesnotaffectthenormalproduction，toreducethepollutionoftheenvironment.

Thisdesignisasuccessfulandstate-of-the-artdesigncanprovideforotherfactoriesfactoryreference.

Keywords：

ceramictile，materialbalance，thecapitalbudget，thetechnicalindicators

参考文献………………………………………………………………………………42

1绪论

陶瓷是人类利用黏土矿物或岩石等多种天然资源，经过火烧制成功的技术成果。

它与人类历史文明有着十分密切的关系，尤其是我国瓷器发明及其工艺和技术的辉煌成就，对于人类生自学成才与文化都曾做出过很大的贡献。

而一部“陶瓷史”既是民族艺术与科学漫长的发展史之缩影，也是当时社会生活及文化交流乃至政治、经济的真实反映。

日用陶瓷顾名思义是指：

人们日常生活中必不可少的生活用瓷。

日用陶瓷的产生可以说是因为人们对日常生活的需求而产生的，日常生活中人们接触最多，也是最熟悉的瓷器，如餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭具等。

日用陶瓷工业是我国的传统行业之一，也是国民经济中重要的消费品生产部门，随着经济、技术的发展，其生产和消费均发生了较大的变革。

八十年代末，世界日用陶瓷年产量已达135亿件，贸易额约为40亿美元。

从世界日用陶瓷生产布局看，迄今已基本形成了各具特色的三大主产区，即：

西欧、亚洲、苏联与东欧。

西欧是日用陶瓷生产主要集中地之一，日用陶瓷年产量约为30亿件，占世界总产量的22%左右，主要生产国是德国、英国、意大利和法国。

其发展特点是：

生产技术先进，产品质量高，基本代表日用陶瓷生产技术的世界水平。

因此，在现阶段建设日用陶瓷厂是合理的。

在本设计中合理对厂区进行了布置，达到在合理利用土地的同时节约建厂经费，且在生产过程中采用先进生产技术，实现了生产过程的机械化、自动化，保证了产品的质量，充分利用了人力、物力。

1.1选题的依据

1）按照万方科技学院材料科学与工程专业下达的毕业设计任务书设计。

2）根据所学的知识和和实习时所收集的资料和数据参数而设计。

3）根据指导教师的教学和科研工作要求来选题。

4）根据毕业以后我所期望从事的事业方向选题。

1.2设计参数

1.产品规格

（1）产品类型：

瓷盘类

（2）产品单重（㎏/件）：

0.29kg

（3）产品尺寸（㎜）：

直径×高×地面着地面积直径200×33×120

2.建厂规模

生产规模：

年产1000万件日用陶瓷工厂

1.3设计原则

1）设计前要根据我国的国情和实际情况，并调查市场的产品前景，选择产品的种类和质量及在合适的地方建厂。

2）设计中应充分利用设计原则，做到经济合理，尽可能的为工厂节约资金，降低生产成本，降低废品率。

3）设计中应充分发挥设备的效能，降低生产成本，降低原料及燃料的消耗，提高生产率，降低废品率。

4）在设计过程中应尽可能采用国内外的先进技术和成熟经验，并根据自身的特点合理引进国外的先进技术。

5）设计的工厂必须安全可靠，且充分发挥生产效率。

6）合理选择工艺流程和设计指标，工厂建成后，要想改变工艺流程及主要设备都将困难，必须谨慎选择工艺流程和设备的选址，设计中的指标应切合实际。

7）由于技术在不断发展，销售市场也不断扩大，所以设备的能力也要满足生产要求，并有更换余地。

8）充分考虑在连续生产过程中大量物料的装卸、运输及重大设备的检修，尽可能实现自动化。

9）要考虑设备及土建公司的要求，并为建筑公司设计提供可靠依据。

10）设计应严格执行国家环保、工业、卫生等方面的规定，保证工人健康。

1.4厂址的选择

1.4.1建厂地选择的主要因素

工厂的建厂地址，首先是由国家计划部门及有关部门根据国民经济发展的情况、资源利用以及工业的布局等条件进行确定的。

确定建厂地址还应考虑以下方面的因素：

1）原材料的来源。

2）燃料、动力供应的条件。

3）产品运输距离及与消费区（产品集散地）接近的程度。

4）设厂地点与协作企业、科技服务部门、产品销售市场信息源的配合情况，与该地区工业布局的关系。

1.4.2厂址具体位置选择的原则

1）厂址需要靠近原料基地或销售地区。

2）要考虑燃料来源，选择合理的燃料对工艺技术、产品质量、燃料销售、产品成本有重大影响。

3）厂址应具有丰富的水源和电力资源，陶瓷厂每年需要大量的原料，方便的运输，合适的运费，保证工厂的正常生产。

4）厂址面积和外形应符合构筑物的整体布局，满足工厂生产流程的要求，且尽量能为工厂的改建、扩建留有余地。

5）厂址应有自己的动力系统和排污排水系统等。

6）厂区应用平坦的地面，以及为保证排除地面水所需的坡度，厂区不应有矿藏、地下文物、古河、古井或废弃矿坑等。

7）厂址应尽可能靠近居民区，以便职工的上下班。

8）应考虑卫生、防火、防湿等方面的要求，陶瓷厂必须建在生产有毒气体粉尘企业的上风向和居民区的下风向。

9）厂区主要建筑和构筑物的地平标高应比洼地高出0.5米。

10）厂址土壤条件良好，不需要修建昂贵的地基即可构建建筑物和安装机械设备。

1.4.3具体厂址的选择

从以上条件看，可将工厂建在山西省大同市311国道边的云岗镇王家园村，位于国道与城市之间，交通运输便利，工业集中，电力、动力系统齐全，管理方便，职工上下班方便，且在本地区消费市场大，远景好，原料产地多，方便运输。

1.4.4厂区周围气象水文资料

（1）气温：

最高＋37.3℃，最低－30.7℃

（2）夏季气压：

782.5Pa

（3）无霜期：

150天

（4）地下水位高度：

300cm

（5）丘陵地带，地处黄土高原

（6）水源：

河流

（7）电源：

东北电网10000伏

（8）风向：

主导风向西北偏北风

1.5生产方法的选择

1.5.1产品的质量标准

（1）吸水率：

＜1.0%

（2）热稳定性：

10～110℃下反复10次不裂

（3）抗冻性：

-5～20下℃反复20次不裂

（4）弯曲强度：

＞36MPa

（5）莫氏硬度：

≥6.5

1.5.2生产方法的确定

参考本设计的产品，其为结构简单的瓷碗，在通过分析目前国内外日用陶瓷发展情况及市场销售状况，本厂的生产方法定为机械化装置生产，选用电子配料、间歇式球磨机、滚压机压机压制成型、辊道窑一次烧成、磨边倒角的方法。

生产中处理方法分为以下几部分：

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压滤机中压滤。

4）滚压机半干压成型。

5）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配方的确定与论述

2.1确定坯料配方的原则

一个理想的的瓷质瓷盘坯体配方应该满足以下要求：

易解胶，泥浆流动性好，湿坯及干坯强度好，干燥收缩小，合适的烧成温度及较宽的烧成温度范围，较小的烧成变形及烧成收缩率，吸水率低，较高的成瓷机械强度和弹性，热稳定性好等理化指标这些要求是设计配方的基本依据。

由于各地原料不同，各工厂工艺也有差异。

了解各种原料对产品性质的影响，有的原料是产品主晶相成玻璃相的来源，有的是调节性质或工艺性能的添加剂，制定配方时对此应心中有数，采用多种原料配方有利于控制和稳定产品的性能。

应满足生产工艺的要求。

了解原料的品位，来源和到厂价格。

应使投产的配方在保证质量的前提下成本最低。

2.2釉料配置原则

研究釉料的配方往往是在坯料配方已确定的基础上进行的，故应使釉适应坯。

配釉时应遵循以下原则：

1）釉料组成应适应坯体的烧成工艺性能。

2）要使釉层的物理化学性质与坯体适应。

3）合理选择釉用原料。

2.3各原料在陶瓷生产中的作用

2.3.1粘土类原料

1）粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。

2）粘土是注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。

3）粘土一般是细分散颗粒，同时具有结合性。

4）粘土是陶瓷烧结时的主体，粘土中的Al2O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度，烧结温度和软化温度的主要因素。

5）粘土是形成陶瓷主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要因素。

2.3.2长石类原料

1）长石在高温下熔融，形成黏稠的玻璃熔体，是坯体中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。

2）熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒.液相中三氧化二铝和二氧化硅相互作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予了坯体的力学强度和化学稳定性。

3）长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙.冷却后的长石熔体，构成了瓷的玻璃基质，增加了透明度，并有助于瓷坯的力学强度和电气性能的提高。

4）长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间，减少坯体的干燥收缩和变形等。

2.3.3滑石

滑石在普通日用陶瓷中一般作为熔剂使用，在陶瓷坯体中加入少量滑石可降低烧成温度，在较低的温度下形成液相加速莫来石晶体的生成，同时扩大烧结温度范围，提高白度、透明度、力学强度和热稳定性。

碱石储量大，易开采，外观呈褐色、灰或浅灰色，致密块状，质坚硬，经1300℃烧后呈白或灰白色，略带黄、褐色斑点，属硬质粘土。

碱石与大同土铝含量接近，把碱石用量选在32～37％之间，以满足配方中氧化铝的含量。

因碱石较大同土的可塑性差，适当增加了强可塑原料，以满足成形性能要求。

2.3.4各种氧化物在瓷中的作用

①二氧化硅

瓷中的二氧化硅以“半安定方石英”，“残余石英颗粒”，熔解在玻璃相中的“熔融石英”，以及在莫来石晶体和玻璃态物质中的结合状态。

②三氧化二铝

瓷中的三氧化二铝主要是由长石和高岭土引入的，是成瓷的主要组分，一部分存在于莫来石晶体中，另一部分熔于熔体中以玻璃相存在。

③氧化钠与氧化钾

主要由长石引入，他们也是成瓷的主要组份，起助熔剂的作用，存在于玻璃相中提高其透明度。

④碱土金属氧化物

他们在少量情况下只与碱金属氧化物共同起助熔作用，引入氧化钙和氧化镁等，可以相对的提高瓷的热稳定性和力学性能，提高白度和透明度，改进瓷的色调，减弱铁，钛的不良影响。

⑤着色氧化物

此组成中的铁钛氧化物含量较微，但它们的有害影响却很大，可使瓷被着色成不好的色泽，影响其外观品质。

2.4坯料的配方计算

2.4.1坯料的配方的矿物组成

本设计采用的配方是参考某陶瓷厂的生产配方，其中配料中各种矿物所占的比例见表2-1

表2-1坯体的配方组成（wt%）

原料名称

长石

大同石

滑石

石英

界牌土

配比%

21

32

3

29

15

2.4.2坯料的配方的化学组成

具体原料的化学组成。

见表2-2

表2-2各种矿物的化学组分（wt%）

化学

组成

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

I.L.

合计

山西祁县长石

65.62

19.42

0.17

0.20

–

8.94

4.85

0.41

100.18

山西大同土

62.29

27.20

2.56

0.39

4.6

–

–

5.14

99.98

滑石

60.44

1.19

1.24

2.10

29.02

–

–

14.75

99.21

界牌土

48.36

39.07

0.15

0.05

0.02

0.18

0.03

12.09

99.89

山东泰安石英

98.54

0.72

0.27

0.37

0.25

–

–

-

99.88

表2-3坯体配方化学组成（wt%）

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

酌减

63.70

24.72

0.84

1.11

0.36

2.13

1.33

5.78

将该瓷坯的化学组成换算成不含有灼减量的化学组成

w（SiO2）=63.70/（100-5.78）×100％=67.61％

w（Al2O3）=24.72/（100-5.78）×100％=26.24％

w（Fe2O3）=0.84/（100-5.78）×100％＝0.89％

w（CaO）＝1.11/（100-5.78）×100％＝1.18％

w（MgO）＝0.36/（100-5.78）×100％=0.38％

w（K2O）＝2.13/（100-5.78）×100％＝2.26％

w（Na2O）＝1.33/（100-5.78）×100％＝1.14％

∑＝100.00％

表2-4坯体配方不含酌减的化学组成（wt%）

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

合计

67.61

26.24

0.89

1.18

0.38

2.26

1.14

100.0

2.5坯料性质及其计算

2.5.1烧成温度

坯体烧成温度T烧

（2-1）

=1534+5.5×26.24-30×（8.3×0.89+2×4.96）/26.24

=1565℃

T烧=t×0.85=1330℃

式中

—Al2O3质量分数，%；

—Fe2O3质量分数，%；

—CaO、MgO和R2O等杂质质量分数，%。

我国长石质瓷的烧成温度一般为1250～1350℃，在K2O—Al2O3—SiO2三元系统相图上烧成温度为1330℃。

2.5.2坯料的膨胀系数

其中

为组分

的膨胀系数见表2-5

为组分

的百分含量

表2-5各组分的膨胀系数（×10-6/k）

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

0.27

1.67

1.33

1.67

0.33

2.83

3.33

=67.61×0.027+26.24×0.167+0.89×0.133+1.18×0.167+0.38×0.033+2.26×0.283+1.14×0.333）×10-6

=7.55×10-6/K

2.5.3酸度系数

1.坯料的酸度系数计算公式为：

K=2×RO2/（R2O+RO+3×R2O3）（2-2）

=2×63.70/（3.34+1.47+3×25.56）

=1.5089

对于不同的制品，酸度系数波动范围很宽，但不能超过2。

2.计算各氧化物的分子数

SiO2：

67.61/60.1=1.125

Al2O3：

26.24/102=0.2573

Fe2O3：

0.89/159.7=0.0056

CaO：

1.18/56.1=0.0210

MgO：

0.38/40.2=0.0095

K2O：

2.26/94=0.0240

NaO：

1.14/62=0.0184

3.以中性氧化物分子数去分别除各氧化物分子数，中性氧化物分子数总和为0.2573+0.0056=0.2629

SiO2：

1.125/0.2629=4.279

Al2O3：

0.2573/0.2629=0.9787

Fe2O3：

0.0056/0.2629=0.0213

CaO：

0.0021/0.2629=0.0080

MgO：

0.0095/0.2629=0.0361

K2O：

0.024/0.2629=0.0913

NaO：

0.0184/0.2629=0.0700

4.按坯式排列，得出该瓷的坯式为：

2.5.4釉方的确定

1）根据坯体的烧结温度来调节釉的熔融温度，釉料要有好的熔融性即釉料必须在坯体烧结温度下，同时具有较高的使融温度，较宽的熔融范围（不小于30℃）在此温度范围内，熔融状态下的釉能均匀的铺在坯体上，不被坯体的微孔吸收，在冷却后能形成光滑的釉面。

2）使釉的膨胀系数和坯体膨胀系数相适应，一般要求釉的膨胀系数略低于坯体的膨胀系数，或者两者的膨胀系数差波动在0.4×10-6内，这样釉层处于压应力下，有利于坯体的强度。

3）为了坯釉紧密结合，好的中间层，应使二者的化学性质既要相近又要保持适当差别。

所选择的釉料的化学组成见表2-6

表2-6釉料的化学组成（wt%）

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

66.3

11.4

0.41

13.8

0.22

3.88

4.00

可得实验式为：

釉的酸度系数：

C·A=n（RO2）/[n（RO）+n（R2O）+3n（R2O3）]

=3.028/[0.113+0.177+0.675+0.015+3×（0.307+0.007）]

=1.58

2.5.5计算釉的熔融温度

R2O3=0.307/（0.307+3.028）=9.2%

RO=0.98/（0.307+3.028）=29.4%

则，T釉=（360+9.2-29.4）×0.85/0.228=1266℃

2.5.6釉料的膨胀系数α

膨胀系数见表2-5

α=66.3×0.27+11.4×1.67+0.41×1.33+13.8×1.67+0.22×0.33+2.83×3.88+4×1.33=7.49×10-6/K

2.5.7坯釉适应性的确定

（1）坯釉膨胀系数的对比

α坯=7.55×10-6/℃α釉=7.49×10-6/℃

α坯比α釉略大

（2）烧结温度对比

T坯=1330℃T釉=1266℃

T坯

>T釉ΔT=64℃

定烧结温度为1330℃

符合釉料的配方原则，所以选择的釉是合适的。

3工艺流程

3.1全厂工艺流程的选择

3.1.1选择原则

（1）必须保证制备好的粉料满足成型的要求。

（2）根据所用的原料性质来制定工艺流程。

（3）根据产品质量的要求来选择工艺流程。

（4）根据本厂条件来选择工艺流程。

（5）在保证质量的前提下，尽可能的使用工序短经济的流程。

（6）要选择保护工人合法权益的流程。

3.1.2全厂工艺流程

1.全厂生产车间组成

全厂生产车间包括主要生产车间和辅助生产车间。

其中主要生产车间包括球磨车间、喷雾制粉车间、成型车间、干燥及烧成联合车间、磨边和检选车间，辅助生产车间包括煤气站、变电站、水泵房、机修车间及废水处理站等。

2.全厂工艺流程

生产工艺流程：

原料进厂→配料破碎→球磨→出磨→放浆池→过筛除铁→储浆池→精练泥浆→滚压成盘→干燥→喷水降温→滴釉→干燥→烧成→检验贴花→检选分级→包装入库

工艺流程的设计根据各原料的组成、性质及产品的品种和质量的要求来进行，设计过程中考虑生产规模和工厂的长远设计计划，参考借鉴了其他同类产品的厂家积累的经验，使工艺在技术上先进，流程合理，不知恰当，效率较高，使得设计合理。

3.2车间工艺流程评述

3.2.1坯料制备车间

1）随着企业现代化的发展，进厂原料可定购可以直接球磨的粉料，从而减少了原料的破碎工艺过程，节省了厂房用地。

2）湿法球磨性能稳定，料浆流动性好，生产容量大。

3）压滤机压滤得到的粉料流动性好，水分稳定均匀，粉料产量大，能实现自动化、连续化生产，降低劳动强度。

3.2.2成型车间

1）半干压成型过程简单，产量大，效率高，缺陷少，成型后坯体含水量少，致密度高，强度大，干燥和烧成收缩小。

2）对坯体可塑性要求不高，容易实现机械化、自动化、连续化生产。

4物料衡算

4.1工艺参数选择

4.1.1选择原则

工艺参数的确定应尽量符合实际，有时依据类似工厂生产统计出来的先进指标，再结合具体的工艺特点，进行分析最后确定，指标不能过于先进，以免对以后的生产造成困难，也不能过于保守，而使设备造成浪