年产150万平米玻化砖厂生产工艺及关键车间设计.docx
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年产150万平米玻化砖厂生产工艺及关键车间设计
课程设计
说明书
课题名称：
年产150万平米玻化砖厂生产工艺及关键车间设计
专业班级：
无机非金属09-1班
学生学号：
学生姓名：
指导教师：
课题工作时间：
2012.12.1至2013.1.11
前言‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
第一章总论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
第二章总平面布置及运输‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6
第三章工艺设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
第四章辊道窑设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13
第五章燃烧计算与热量衡算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
第六章总结‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥24
参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥24
前言
本课程设计的目的是对所学的知识以实际结合，学生通过设计将能综合运用和巩固所学知识，并学会如何将理论知识和生产实践相结合，去研究解决实际中的工程技术问题，本设计的任务主要是培养学生设计与绘图的基本技能，初步掌握工厂设计，窑炉设计的程序、过程与内容。
第一章总论
1.1选择原则
A:
建厂地带的选择需符合当地建设规划,还必须考虑:
1原料的来源。
2燃料和动力的来源。
3原材料和产品的运输距离与运输条件。
4与协作企业的配合,开展专业化的协作,不搞全能厂,减少投资有利于促进技术的进步和劳动生产率的提高。
B:
厂址选择
1地形,面积要满足工艺要求,并做到节约用地,考虑长远发展。
2要靠近原料,燃料基地,靠近水电,节约投资,降低成本,同时考虑,不占用田地,不污染农田。
3满足交通运输,环境卫生的要求。
注意满足水文,地质的要求,不能建在不利地质区,考虑承载力,地耐力等等。
4考虑到有利于职工的生活和协作,尽可能靠近城镇和协作厂,利于生活福利的配合和辅助材料的供给。
1.2厂址地理位置、地貌、地形、地质、气象等自然情况
1.3工厂运输量及运输方案，运输条件及需要建的设施
厂外运输采用火车和汽车为主，长内运输采用铲车、皮带运输机、波状挡边皮带运输机，泥浆采用管道,隔膜泵,柱塞泵,双缸泵输送。
压缩空气、水、煤气等为管道输送。
北面有昌景公路,工厂大门（人流,物流）与公路相接,物流所用的道路与邻厂共用,厂内建有汽车库,用于停放机动车辆,机修车间可对设备进行维修。
1.4治理设施
在建陶生产中会产生废水、废气、噪音、粉尘等，对环境造成污染，故需采用有效的治理措施，减少污染，改善劳动条件，创造清洁、舒适的工作场所，做到文明生产。
1.粉尘污染防治
为了防止粉尘的危害，设计中应贯彻“以防为主，防治结合”的原则，在工艺条件允许的情况下，尽量对产尘场所进行密闭处理，防止粉尘外逸，对于产生粉尘最大的喷雾干燥塔和料仓，采用集中布置的方法，尽量与其他车间隔离。
在不允许密闭的产尘点设计吸尘罩，如粉料筛处设密闭吸尘罩，含尘气体经过除尘净化后方准许排出。
车间地面经常用水冲洗，改善车间工作环境，在厂区主要道路两旁种植绿树（吸尘）及铺设草皮，尽最大可能绿化、净化周围环境。
2.污水处理
费水主要来自于洗料、冷却水、冲洗设备、湿式除尘及生活废水，基本上不含有毒物质，只需将悬浮的粘土、泥沙等在污水池内采用沉淀剂沉淀或用简单的沉降方法进行沉淀处理，沉淀再经过榨泥机榨泥处理，净化后的水可循环使用，用于冷却用水。
3.废气
窑炉以混合煤气为燃料，其排放烟气中污染物指标应低国家规定低的排放标准，喷雾干燥塔排放尾气采用旋风分离器收尘，其粉尘排放浓度低于国家规定的排放标准（＜200mg/Nm3）
4.废渣
将生产中产生的不可再利用的废瓷砖、废坯和在废水处理中产生的沉淀物一起送到废品队场，集中处理。
5.噪音
①来自球磨机和喷雾干燥塔，对球磨机进行集中布置，本设计中让它们与其它工作隔离，以减弱对其它工作区的影响。
②高压鼓风机的影响。
主要是空气动力性噪音，可采用装消声器，风机基础可采用弹簧减振基础，来达到降低机械噪音的效果。
1.5治理后排出的污水、废气、废渣及其它排放物的性质、数量与国家排放标准及当地排放的规定：
①喷雾干燥塔排放尾气含尘量＜200mg/Nm3
②各生产车间含尘浓度＜2mg/m3
③排放废水中悬浮含量＜200mg/L
1.6节能措施
1.7职业安全卫生
1.粉尘在车间不止吸尘设备，工人应带防尘面具。
2.噪音大的车间，应设置隔音和消声设施，降低燥声声音强度。
3.使用煤气的设备应具有连锁与报警装置，遇有故障能自动切断煤气供应一确保安全。
4.在危险区，设置特殊标志或封闭，防护栏。
1.8工厂机械化，自动化水平，全厂集中控制程度
全厂从原料车间到产品烧成，基本实现了机械化，连续化生产，采用国内先进设备，自动化水平较高，工人劳动强度较低。
原料车间，烧成车间，布局紧凑，各工序都须考虑备用和扩大生产问题，为今后扩大生产创造了条件。
1.9生产车间和辅助车间的工作制度
原料车间全部为三班制，成烧车间中检选为两班制，期于皆为三班制；辅助车间中，煤气调压站、配电站、空压站皆为三班制；污水处理、机修车间为常班。
1.10存在的问题及建议
1.工艺参数从参观实习和资料上收集数据，作理论上的估测，有待实践调整。
2.技术经济受时间、资料和本人知识所限，需作进一步的探讨。
3.本设计仅从工艺角度来分析，对工人素质、管理水平没有作进一步的探讨。
4.新建厂对员工素质要求较高，设备安装调试需要时间，利用这个空挡，建议在xx市作广泛的专业协作，选拔一批熟练的技术骨干及招收一批陶瓷专业的应届毕业生，为工厂的长远发展奠定基础。
5.与其它专业人员，给排水，电力，土建，环保部门进行协作。
第二章总平面布置及运输
2.1设计依据和范围
根据建厂地点的原始地形和气象水文质料以及年产250万平米大颗粒抛光砖工厂的面积在土地范围内进行工厂总平面布置设计。
2.2.1全厂总占地面积
全厂占地面积为：
67725平米；建筑物占地面积24602平米，建筑物占全厂面积的36.3%；堆场占地面积10500平米。
在满足工艺和运输等要求的前提下，总平面布置采用分厂房布置，以减少工序之间的干扰。
考虑到工厂将来的发展，土地可以后期征用，所用土地多为荒地，不用拆迁建筑物。
2.2.2存在的问题
1.土地承力有限，对重型设备如球磨机、喷雾干燥塔、压机等基础要加固，不宜建多层厂房。
2.供电线路距电厂约6公里，专用架线投资太大，可与临近工厂协商共同使用。
2.3总平面布置
2.3.1总平面布置原则
1.把生产联系紧密的和类似的车间集中或靠近布置。
2.厂址中间布置主要车间，辅助车间布置在其附近。
3.生产中有污染厂房布置在边缘地带或下风向。
4.清洁车间要布置在上风向，并远离振动大的车间。
5.运输量大车间，结合生产工艺，要求布置在主要货流通道旁。
6.生活设施靠近人流通道。
7.动力设施靠近负荷大的车间。
8.有噪音的车间要远离生活区。
9.贯彻执行国家有关方针政策，节约土地，少占或不占农田，少拆或不拆民房。
10.重视环保工作，合理地对厂区进行绿化美化。
11.合理地考虑工厂的发展，扩建和改建。
2.3.2工人出入口的选择和布置特征
工厂靠近昌景公路一侧，人流、货流与路相连；两个货流门，一个用于原料运输进厂，一个用于成品运输出厂；人流门在货流的另一边；人流货流互不干扰。
原料堆场、废品堆场、成品库均布置于货流主通道旁。
采用电子喂料机喂料，采用高挡边皮带运输机、皮带运输机送料进原料车间，减少运输量。
2.3.3竖向布置原则
车间布置要有利于场地积水的排除；另外应保证车间之间的生产联系方便，以及土方量最小。
2.3.4工厂的防护措施及其它
工厂除物流出入口及厂前段的物流门和入流门之间用铁栅栏外，其余都修围墙，在人流、物流门口都设有专门的门卫。
厂房的四周及主要道路两侧都有绿化带，在原料车间空压站要突出绿化一净化空气，通过绿化来减少粉尘、噪音污染，建筑物之间应保留适当的防火安全距离，天桥高度至少5m以上，以确保消防车畅通无阻。
2.3.5本设计暂时不考虑生活区的布置，生产区厂房之间要互相联系而又有一定的距离，厂房的门与门之间最好相对，这样方便车辆（主要是小型）的进出。
空压站应建在厂区的上风方向；煤气站应建立在厂区的下风方向，并与配电房隔开；废水处理站、废品堆场靠近物流通道，以便于废品的及时运出；汽车库应建于货流干道近拐角处，以方便倒、进、出车。
2.4总平面布置主要设计指标表
序号
指标名称
单位
数量
备注
1
全厂占地面积
平米
67725
2
建筑物占地面积
平米
24602
3
堆场占地面积
平米
10500
4
道路及广场占地面积
平米
15000
5
绿化率
%
26
6
建筑系数
%
36.3
2.5存在的问题及建议
1.在总平面布局中，对于管道网络没有作进一步的探讨，但是流有管道铺设的地带。
2.总平面布置中，流有一定的余地，以便于工厂以后改建、扩建。
3.某些辅助车间、仓库、堆场具体大小在实践中再作调整。
第三章工艺设计
设计依据及要求
3.1物料衡算依据
3.1.1生产技术指标
项目
指标
生产任务
年产150万㎡玻化砖
产品质量标准
吸水率不大于0.5%。
产品规格
800×800×10mm3
相对密度
80％
产品单重
9㎏/㎡
入窑水分
≤2.0%
烧成制度
一次烧成
烧成温度
1200℃
烧成周期
45分钟
烧成合格率
98%
主机年工作日
300天
3.1.2各工序工艺参数
项目
指标（%）
检选包装损失率
2
烧失率
1
烧成废品率
2
储坯破损率
2
干燥破损率
2
成型破损率
2
泥浆过筛除铁损失率
1
球磨损失率
1
原料储运损失率
1
喷干回坯率
1
成型回坯率
1
3.2玻化砖配料化学成分%
名称
I.L
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MaO
其他
总和
组成成分
5.56
59.67
18.64
3.11
4.21
2.51
6.20
100.00
坯料配方
原料
硬质粘土
钠长石
石英
镁质粘土
石灰石（CaO）
Fe2O3
%
56.93
8.40
19.17
6.77
2.84
5.35
3.3工艺流程设计
全厂工艺流程:
原料进厂→地磅过称→取样化验→铲车配料→电子喂料机→皮带运输→湿法球磨→压力放浆→放浆池→过筛除铁→贮浆池→工作罐→柱塞泵→喷雾干燥塔造粒→过筛→皮带运输→斗式提升机→料仓闷料→陈腐→备用→送料→压制成型→干燥→降温、吹灰→喷水→储坯→两次洗边→多道印花→干燥→生坯检验→烧成→拣选→包装入库
3.4物料平衡计算
一次烧成
1年出窑量（烧成量）=工厂年产量/（1-检验、包装废品率）=2.15万t
2年装窑量=年出窑量/（1-烧成废品率）=2.17万t
3年干燥量=年施釉量/（1-干燥废品率）=2.21万t
4
年成型量=年干燥量/（1-成型、修坯废品率）=2.26万t
5年坯料需要量=
=2.33万t
6废坯泥回收量（干基）=（年干燥量×干燥废品率+年成型量×成型废品率+年成型量×成型余泥率）×坯泥回收利用率=0.13万t
7年泥料破碎、粉碎加工量（干基）={年坯料需要量（干基）-废坯泥回收量（干基）}／{（1-粗、中碎损失率）（1-球磨、过筛损失率）}=2.27万t
3.5原料车间主要生产设备选型
1.粉碎设备
M=K×Q×t/（F×H）=1.2×2.27万t×12/（15t×24×300）=3.03台
选取三台
型号：
Φ15000×5700mm×mm
筒体转速27r/min；装球量15t；给料粒度<=25mm；出料粒度0.074mm；
产量3.5-8t/h；电机功率132kw;机重24.7t。
2.喷雾干燥塔计算
M:
喷雾干燥塔台数Q：
粉料加工量,t/d
F:
喷雾干燥塔每小时蒸发的水量，kg水/hK:
不平衡系数，取1.2
w1:
泥浆含水率33.3%w2:
粉料含水率8%
M=K×1000×Q×（w1-w2）/[24×300×F×（1-w1）（1-w2）]若取喷雾干燥塔每小时蒸发水量F=2000kgH2O/h,则需要喷雾干燥塔台数M=1台。
选型如下：
型号系列：
LPG2000水分蒸发量（kg/h）：
2000转速（r.p.m）：
8000—15000离心喷雾头转动形式：
机械传动热源（自选）：
煤气入口温度℃：
140～350自控出口温度℃：
80～90喷雾直径：
180～340
生产厂家：
常州市范强干燥设备有限公司
3、压砖机
N：
压机台数Q:
每天需要成型量F:
每台压机每天压片数量（F=压机每天工作班次×每班工作时间×压机每分钟压制次数×压机每次压制片数）K:
不平衡系数，取1.2
N=K*Q/F
压砖机台数N=2台。
选型如下：
型号：
HP2590最大压制力：
25900KN模芯顶出力：
220KN
动梁最大行程：
160mm左右立柱间净空：
2000mm动梁工作面宽度：
850mm
最大填料深度：
60mm空循环次数可达：
22/min周期加压次数：
2～3
主电机功率：
90kw整机重量：
85t冷却水量：
18立方米/时系统装油量：
950L
4、浆池
q:
泥浆日产量，t/d;D:
泥浆贮存天数，d均取1天P:
有效容积系数，取0.8V:
浆池容积
R:
泥浆密度，坯料取1.74t/m3
Z=qD/（PVR）
泥浆含水率w=33.3%对于坯料生产的泥浆日产量（干基）q=泥浆日产量÷年工作日
将各数据代入公式得坯料生产的泥浆贮存总量即浆池数量Z与浆池容积V之积分别为Z*V=245.8m3，又因为浆池数量与球磨机台数对应，所以坯料生产和釉料生产所对应的浆池数Z分别为6和2，所以对于坯料生产的浆池数量Z=5，每个浆池的容积V=245.8/6=40.96m3
5、辊道窑
考虑到一般一窑一压机，而压片机为2台，所以辊道窑的台数也应该是2台
日装窑量Qd（m2/d）烧成周期t（min）辊道窑有效内宽B（m）每片砖（产品）长度a0（m）、宽度b0（m）坯体烧成收缩率α坯体间距j（m）
1）砖坯实际占用宽度b（m）：
2）窑宽方向摆放砖坯数nB：
3）窑长方向摆放砖坯数（砖坯排数）n：
4）砖坯实际占用长度a（m）：
5）辊道窑的有效长度L0（m）：
6）
辊道窑的实际长度L（m）辊道窑每个模块的有效长度l（m）模块数量Nr
意大利萨克米公司窑炉内径：
2400mm烧成温度：
1110℃
有效内径：
2160mm烧耗：
430—480kcal/kg周期：
30—120min
辊棒长度：
3330mm辊棒直径：
45mm有效窑长：
93800mm
实际窑长：
96000mm
5、连续式辊道干燥器
干燥器一般也应该与窑配套，所以也选两台。
数据已知的量与上面所选的辊道窑一样，其中不同的就是这里每台干燥器Q应该取日干燥量，而不是日装窑量，即Q=年干燥片数×每片面积÷工作日÷台数=150万÷300÷2=2500，最后得出的辊道干燥器的有效面积=211.0㎡。
若选择有效宽度B仍为2.2m，则辊道窑的有效长度为86.8m，即辊道干燥器的实际长宽应该分别略大于86.8m和2.2m。
3.6辅助设备选型
1、地中衡（地磅）：
型号：
SCS-150最大称料量：
150t分度值：
50kg生产厂家：
武汉六顺标准衡器有限公司
2、铲车
型号：
LW300F牵引力：
≥90KN额定载荷：
3.0t
自重：
10.0t额定斗容：
1.8m3卸载高度：
2892mm
生产厂家：
徐工集团
3、皮带输送机
基带宽：
1000mm倾角：
30-90°挡边高度：
160-240mm
输送量：
428-683m3/h带速：
1.0-2.5m/s功率：
4.0-75KW
生产厂家：
海安县华冠建机阀门有限公司
4、喂料机
型号：
BW1000输送能力：
200m3/h动力功率：
22kw外形尺寸：
1000×4000mm重量：
8t生产厂家：
新乡市蒲东机械有限公司
5、振动筛
型号：
3YK1548筛面层数：
3筛网面积（m2）：
6.4筛孔尺寸（mm）：
5-50最大进料（mm
）400处理能力（m3/h）：
22.5-162振动频率（r/min）：
800-970双振幅（mm）：
8电机功率（kw）：
15重量：
5800kg筛面倾角：
15度筛面规格：
11500×4800外形尺寸（长×宽×高）：
5650×2528×3400
生产厂家：
郑州江泰重工机械有限公司
6、磁选机
型号：
CT924外形尺寸：
φ900×2400mm流量：
70-110t/h
电机功率：
4KW机重：
3.5t给料粒度（mm）：
3-0生产厂家：
郑州山川重工有限公司
7、柱塞泵
型号：
NB140-4电机功率：
10KW生产能力：
3.6~7.2m3/h
最大工作压力：
2.45MPa机重：
1680kg
柱塞每分钟往复次数：
30.2次/min生产厂家：
唐山轻机厂
8、气动隔膜泵
型号：
QBY-40最大供应压力：
0.7MPa最大空气耗量：
7m3/min
最大吸程：
7m生产厂家：
浙江永嘉长城水泵厂
9、斗式提升机
型号：
HL400-S电机功率：
7.5KW最高提升高度：
40m
料容量：
10.5L送料量：
47.2m3/h运行速度：
1.25m/s
生产厂家：
新乡亚新振动机械有限公司
10、粉料仓
个数：
7个规格：
200t
第四章辊道窑设计
4.1进窑砖坯尺寸
产品规格：
800×800×10mm
产品宽度800mm，考虑烧成收缩为15%，则：
坯体尺寸=产品尺寸÷（1-烧成收缩）=800÷（1-15%）=941mm
内宽的确定与排砖方法
由于现在的辊棒等材料性能的提高，且辊道窑大多采用吊顶结构，所以此次设计成宽体辊道窑。
再根据产量，所用的燃料（焦炉煤气）等因素，所以暂定窑内宽B=2200mm。
而坯体离窑墙内壁一般有100～200mm间隙，取159mm。
根据了解，横向的坯体是紧贴在一起，并没有留间隙。
所以内宽等于砖坯尺寸×每排片数＋砖坯离窑内壁的间距。
则可排砖数为：
n=2片
则窑内宽B=941×2+159×2=2200㎜
最后定窑内宽为2200mm。
内高的确定
辊道窑的内高被辊子分隔成辊上高和辊下高两部分。
对于辊上高的设置，要考虑以下四个方面：
损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去，烧嘴的设置也要有一定的高度，气体与坯体之间的换热强度，气流通畅与燃烧空间。
而对于辊下高的设置而言，主要是损坏的坯体能否顺利从辊棒之间掉下去即保证处理事故的方便。
从传热角度来讲，烧成带以辐射为主，所以气体厚度要大点，内高稍高些。
而预热带以对流换热为主，所以内高比烧成带低，使得横截面减小，流速加快，提高对流换热强度。
辊上高应大于制品高度，但对大件瓷品，则辊上高应比辊半径，垫板厚度，以及最大制品高度之和稍大。
滚下高则主要时保证处理事故的方便，从理论上讲对焙烧建筑瓷砖的辊道窑下高最好应大于砖对角线的长度，但对于大制品按此计算会造成内高太大，即增大了窑墙散热，也不利于窑内传热，由于制品从辊上掉下，一般都发生了破损大件尤其如此，尺寸都比都比整砖小了，故根据各地辊道窑实际情况来看辊下高只要大于或等于制品长边就足够。
再结合其它三方面，内高的设置如下（单位mm）：
温度较抵处：
预热升温段400～900℃即1～16节
冷却降温段700～80℃即30～40节
温度较高处：
烧成升温段900～1220℃即16～24节
急冷降温段1220～700℃即24～30节
位置
第1-6，30-40节
第24-30节
第16-24节
辊上高
300
500
400
辊下高
900
900
900
内总高
1200
1400
1300
（单位mm）
4.2烧成制度的确定
（1）温度制度：
烧成周期:
45min
各温度段的划分与升温速率
名称
温度/℃
时间/min
升温速率/℃·min-1
长度比例/%
窑前段
40～250
4.5
46.67
10
预热带
250～1050
13.5
51.85
30
烧成带
1050～1250
9.0
26.11
20
冷却带
1250～80
18.0
—61.39
40
累计
45
100
（2）气氛制度：
全窑氧化气氛
（3）压力制度：
预热带-15～-10Pa，烧成带<8Pa
窑长及各带长的确定
现在窑炉已经向宽体化、自动化、轻型化发展，已经有长300多米的宽体窑。
其主要原因是现在的辊棒的质量的提高，还有各种材料的飞速发展。
4.3窑长的确定
烧成周期为45分钟,生坯尺寸800×800×10,并排2块入窑
窑长:
G×t/24Dy/Kg=（×3/4×300）÷[0.98×1.882]=84.72米
装窑密度：
每米排数×每排片数×每片砖面积=1.882平方米/每米窑长
辊距H=（1/3~1/4）×胚体长度取1/4
则H=235.25mm，取240mm，每节窑长240×9=2160mm，节间联连10mm
节数=85000/（2160+10）=39.17节取40节
则实际长度:
L=40×2.17=86.8米
窑前带取窑长的10%,预热20%，烧成20%，冷却40%
窑前带：
40×10%=4节4×2170=8680米
预热带:
40×20%=12节12×2170米
烧成带:
40×18%=8节8×2170米
冷却带:
40×37%=16节16×2170米
辊道窑窑头、窑尾工作台长度
窑头工作台是制品进窑烧成的必经之路，也是使制品整齐有序进窑的停留之处。
窑头工作台不宜太长，只要能满足要求即可，根据经验取值为3.3米。
窑尾工作台是烧成后的产品从窑内出来，再经人工检验产品的部位。
由于出窑产品温度一般高达80℃，所以窑尾的工作台不宜太短，目的是使制品有足够的时间冷却，根据经验取值为5.4米。
4.4窑体材料确定
整个窑体由金属支架支撑。
窑体材料要用耐火材料和隔热材料。
窑体材料确定原则
耐火材料必须具有一定的强度和耐火性能以便保证烧到高温窑体不会出现故障。
隔热材料的积散热要小，材质要轻，隔热性能要好，节约燃料。
而且还要考虑到廉价的材料问题，在达到要求之内尽量选用价廉的材料以减少投资。
窑体材料厚度的确定原则：
◆为了砌筑方便的外形整齐，窑墙厚度变化不要太多。
◆材料的厚度应为砖长或砖宽的整数倍；墙高则为砖厚的整数倍，尽量少砍砖。
◆厚度应保证强度和耐火度。
总之，窑体材料及厚度的确定在遵循以上原则得计出上，还要考虑散热少，投资少，使用寿命长等因素。
整个窑炉的材料表
窑体材料的选择
名称
材质
使用温度
导热系数
厚度
低温段1～16节30～40节
窑顶
耐火层
轻质粘土砖
1150
0.35
230
隔热层
硅酸铝耐火纤维束
1000
0.13
90
窑墙
耐火
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