年产300万平方抛光砖原料车间的工艺设计实现项目可行性方案.docx
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年产300万平方抛光砖原料车间的工艺设计实现项目可行性方案
年产300万m2抛光砖原料车间的工艺设计可行性方案
在进行工艺设计时，首先考虑的原则是可行，在可行的基础上保证技术先进、经济合理；合理的选择工艺流程，保证能够正常生产，并合理考虑机械化和自动化生产；由于原料车间的粉尘浓度比较大，在设计时应该注意保护环境，减小污染；设备设计和选型过程中应该考虑方便施工与安装，方便生产与维修；同时需要考虑土建、公用、道路以及门窗等设计的要求，并为土建及厂房面积设计提供可靠依据。
原料车间的工艺设计采取以下步骤：
确定原料车间生产任务；选择全厂生产工艺流程；确定主要工艺参数、及工作制度；全厂物料平衡计算；原料堆场（包括露天和室内）的设计及计算；球磨工段的主要设备选型；喷雾干燥工段的主要设备选型；成型车间料仓设计等；各个车间设备的布局和面积计算；绘制全厂平面布置图和厂房的粗略设计图；编写工艺设计说明书。
原料车间最主要的设备是球磨机和喷雾干燥塔。
由于陶瓷原料中不能含有铁，因此衬板选用橡胶衬板，研磨体采用陶瓷球，由于球磨机内部物料的运动形式复杂，因此一般采用工业经验来进行选型，而对于喷雾干燥塔，由于现在的喷雾干燥塔都是喷雾干燥塔厂家生产，我们需要的只是根据需要选型。
本设计选择了5台60吨球磨机，查阅资料确定球磨机的尺寸为3900×9000，通过确定球磨机从而确定选择其他附属设备。
粗浆池到精浆池的泥浆泵的最少工作时间为1h，能够保在连续放浆的情况下，粗浆池的液面稳定，球磨机的球磨周期在12h，精浆池最少能够储备3个球磨周期的泥浆。
保证泥浆搅拌、均化24h。
·本设计考虑到实际生产的种种因素，保证了在最大负荷工作下，能够确保原料的持续供应。
喷雾干燥塔的型号为YPG-10000，直径为14.5m，每小时的水分蒸发量为10t。
工作时间长的20h/天。
8个粉料仓，粉料仓的高度为6m，宽度为4.5m。
本毕业设计共有图纸6张，包括1张全厂平面布置图、1张全厂工艺流程图、1张原料车间的布置图、1张球磨工段的剖面图、1张精浆池的剖面图和粉料仓工段的剖面图，说明书一本。
第一章前沿…………………………………………………………………………1
第二章：
原始资料收集………………………………………………………………3
第三章：
工艺流程选择………………………………………………………………4
3.1选择工艺流程的原则…………………………………………………………4
3.2选择工艺流程的依据…………………………………………………………4
3.2.1物料的组成和性质………………………………………………………4
3.2.2品种及质量要求…………………………………………………………4
3.2.3工厂规模及技术装备水平……………………………………………4
3.2.4建厂地区气侯条件………………………………………………………5
3.3工艺流程…………………………………………………………………………5
3.4工艺参数…………………………………………………………………………6
第四章物料平衡计算…………………………………………………………………7
第五章：
露天堆场和原料库设计…………………………………………………10
第六章：
球磨工段设计………………………………………………………………12
6.1球磨机的计算和选型………………………………………………………12
6.2喂料机和输送皮带的选择…………………………………………………13
6.3浆池的确定……………………………………………………………………15
6.4泥浆泵的确定…………………………………………………………………16
6.4.1粗浆池到精浆池的泥浆泵选型……………………………………16
6.4.2精浆池到高位浆池的泥浆泵选型…………………………………17
第七章：
喷雾干燥工段设计…………………………………………………………18
7.1高位浆池设计…………………………………………………………………18
7.2喷雾干燥塔的设计和选型………………………………………………18
7.2.1喷雾干燥塔的介绍……………………………………………………18
7.2.2喷雾干燥塔的选型……………………………………………………19
7.3喷雾干燥塔的节能……………………………………………………………21
7.4输送皮带和料仓的确定……………………………………………………22
第八章：
原料车间布置以及全厂面积略算……………………………………24
8.1露天堆场的布置………………………………………………………………24
8.2球磨工段的布置………………………………………………………………24
8.3喷雾干燥工段布置……………………………………………………………25
8.4料仓和成型工段………………………………………………………………25
8.5烧成车间布置…………………………………………………………………26
8.6抛光、磨边打包工段………………………………………………………27
8.7厂房设计………………………………………………………………………27
8.8厂区面积略算……………………………………………………………28
结论……………………………………………………………………………………30
致谢……………………………………………………………………………………31
参考文献………………………………………………………………………………32
第1章前言
抛光砖是通体砖坯体的表面经过打磨而成的一种光亮的砖，是一种高档建筑装饰材料，因其耐磨、耐腐蚀,表面光亮如镜,色彩丰富多样而倍受广大消费者的青睐与喜爱，现已成为陶瓷行业中的主流产品[1]。
而本设计所采用的渗花型抛光砖，因为质地坚硬、色彩丰富，集天然花岗岩、大理石、彩釉砖装饰效果与一身，倍受消费者青睐，广泛应用在高级公寓、写字楼、星级酒店、影剧院等高级场所[2]。
我国现有建筑陶瓷生产企业约为4300余家，其中国有集体企业700多家，民营及外资企业3600多家，规模最大的企业年产量已达1亿m2以上。
近几年来，我国建筑陶瓷呈持续增长势头，2006年我国墙地砖产量为43亿m2左右，同比增长22．86％，2007年超过50亿，到2010年我国墙地砖产量为76.92亿m2，出口8.09亿m2，同比增长了21.38%，稳居世界第一，并且出现了前所未有的以扩张及再布局为内涵的行业大转移[3]。
目前，我国建筑卫生陶瓷的关键技术装备基本上已实现了国产化，大吨位球磨机、大规格喷雾干燥器、大吨位全自动压砖机、二次或多次布料系统、胶辊印花机、宽断面隧道窑、抛光磨边系统、污水废气处理系统、快速干燥器、压力注浆成形装备全套技术已实现国产化并成功应用于生产企业，有力地推动了我国建筑卫生陶瓷工业的快速发展。
但我国建筑卫生陶瓷工业的整体技术装备水平与国际领先水平相比尚有差距，主要表现在产品性能和稳定性方面[4]。
然而，建筑陶瓷产业是一个高能耗产业，一条年产值1亿元的生产线，其能耗平均在2000万元左右，部分达到3000万元以上[5]。
目前建筑陶瓷与其他建材行业一样，始终未能改变高污染、高能耗、高排放的“三高”局面。
另一方面，国内陶瓷市场竞争非常激烈和混乱，只要是在国内陶瓷市场上销售行情看好的新品，一般上市两三个月后即大量出现与其花形、材质相似的盗版产品，致使竞争异常激烈[6]，同时得益于激烈的市场竞争，国内抛光砖的质量也在逐步提升，表面硬度逐渐变大，强度也逐渐提高，有的能达到70MPa，吸收率也小于0.1%，有的企业甚至能达到0.003%~0.006%[7]
目前我国建筑陶瓷行业总体上看规模总量大，品种多，但生产技术落后，产品档次不高，高附加值的产品少，高档建筑陶瓷仅占总量的20%左右。
大多数企业尚没有形成技术开发创新体系，缺少具有自主知识产权的产品，出口产品中多以贴牌为主，缺乏具有国际影响力的品牌。
企业在国际市场往往只能通过低价来获得竞争优势，我国的抛光砖销售价格一般只有意大利产品的1/3～1/4，甚至更低。
在如今节能减排的号召下，不少小型陶瓷厂已经纷纷倒闭，面对严峻的市场形势，大型陶瓷厂可以尝试提高陶瓷质量、降低陶瓷厚度，开放仿古砖、抛釉砖、抗菌陶瓷等一些附加值高的产品，并引进喷墨打印、滚筒施釉机等国外先进的技术和设备，还可以通过先进的纳米技术在陶瓷原料中增加一些纳米掺杂剂或者一些稀土元素来降低烧结温度,促进增韧和加强致密化复合材料的最大抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度来增强产品的竞争力[8]。
组成决定性质，原料可以影响最终产品的质量，原料车间是陶瓷生产的基础。
原料车间的设计原则是保证生产的稳定运行和粉料能满足成型要求。
本设计题目为：
年产300万m2抛光砖生产线原料车间的工艺设计。
在抛光砖市场上，市场份额最大的还是渗花型抛光砖，但是大多都是些中低端品牌。
本设计的主要内容是抛光砖原料车间的设计，而在整个陶瓷厂里，原料车间是基础。
原料车间的设计，其中包括原料车间的设计工作包括原料的储存和运输，原料的检选、清洗和煅烧，原料的破碎和粉碎，搅拌、除铁及筛分，喷雾造粒及陈腐以及粉料的输送。
目前，陶瓷厂都采用大型球磨机进行粉磨，采用喷雾干燥塔进行造粒，喷雾干燥塔是一种湿法制粉设备，广泛应用于钢铁、食品、建材等行业，用喷雾干燥塔制备的粉料含水率小，粒度分布范围满足成型要求，因此广泛应于陶瓷自动化生产。
本设计将从以下几个方面考虑：
1.主要设计内容：
（1）全厂工艺流程设计；
（2）全厂平面布置设计；（3）全厂的物料衡算；（4）原料堆场的确定；（5）球磨车间的选项和定位；（6）喷雾干燥工段的选型和定位；（7）成型工段的设计和定位；（8）全厂面积概算
2.基本原则：
稳定可靠、经济合理、技术先进；合理的选择工艺流程和设计指标；为生产挖潜和发展留有余地；合理考虑机械化和自动化水平；注意保护环境，减小污染；方便施工与安装，方便生产与维修；要考虑土建、公用等设计的要求，并为土建及公用设计提供可靠依据。
第二章原始资料收集
设计前，根据设计任务书收集的原始资料如下：
1、产量：
年产300万m2抛光砖
2、产品种类和规格：
产品种类为抛光地板砖，产品的规格是800×800×10mm
3、产品单重：
21.5kg/m2
4、主要的技术指标
（1）该厂地处平原地区，地震震级在6级以下，地下水位在8米以下，主要风向为北风，年平均降雨量为700—900mm，年平均气温为13℃，最高温度38℃，最低温度-8℃，霜冻期160天，厂区所在地铁路公路交通方便，水、电、天然气保证供给；
（2）坯用原料：
两种硬质原料，两种半硬质原料，三种软质原料；
（3）燃料为净化煤气QD=16000KJ/Bm3；
（4）烧成温度1800℃；
（5）采用一次烧成，合格品率为98%；
（6）坯料灼减量为5%；
第三章工艺流程选择
3.1选择工艺流程的原则
进行工艺流程设计最基本的是先要保证产品的质量要求。
在满足产品质量要求的情况下，尽可能简化流程，缩短生产周期。
工艺流程的选择应在一定程度上体现技术先进性和可靠性，并要注意吸收类似工厂在实践中所积累的丰富经验。
机械化与自动化是现代陶瓷厂发展的方向。
选择流程时应从工厂规模及当时的实际情况出发，尽可能提高机械化程度，降低劳动强度。
必须进行技术经济分析，使建厂后各项技术经济指标经济合理。
另外，应注意到产调节的灵活性，使选用的工艺流程可靠、适用、先进、合理。
3.2选择工艺的依据
3.2.1物料的组成和性质
原料的组成和性质直接影响原料加工处理的方法。
如块状硬质原料，就应加强破碎并对其粒度的控制，对于石英等难磨原料，可以进行预烧处理，对于软质原料，由于水溶性强应该保持干燥，所以在设计时因该考虑室内堆放。
陶瓷原料中不能含铁，因此在设计过程中球磨机的衬板和研磨体都不能选用钢铁，另外原料和运输过程可能会掺杂一些铁杂质，所以在球磨后和压砖前应该除铁。
3.2.2品种及质量要求
产品品种及质量要求，直接关系到原料加工程度、坯料的配方及生产方法。
像抛光砖由于渗花深度的要求，那么需要调节好渗花液的温度和比重，由于抛光砖不施釉，因此对坯体的白度要求很高，需要注意原料的精选和除铁。
3.2.3工厂规模及技术装备水平
工厂的投资、规模、品种和技术装备情况，也会影响流程的选择。
对于投资较多的大型工厂，可以采用机械化水平高的的工艺技术和大型高效的设备，对于资金少，劳动密度大的企业，可以适当增加场地面积和增加人员素质培训。
3.2.4建厂地区气侯条件
建厂地区气候也影响工厂的布置，例如工厂的原料车间因该选在下风向，在选择浆池时应该注意地下水可能的影响，如果厂区降水量大，那么在选择原料库时可以适当考虑增加原料的存储天数，如果厂区的气候温度高，那么泥浆在球磨和喷雾干燥时适当加入减水剂，厂内应该多配备风扇等设备，加强厂内的空气对流。
3.3工艺流程
在陶瓷厂，采用一个比较好的工艺流程，不仅能减短生产的过程，减少生产过程中物料的损耗，还能改善生产环境，减少生产成本，提高产品的竞争力，在能保证正常生产的前提下，力求工序最少。
根据在抛光砖厂的实习认识情况和陶瓷工艺学的知识，在保证产品质量不降低和生产连续流畅的情况下，尽量简化生产工艺，降低生产成本，决定采取以下工艺流程见图3-1。
图3-1总工艺流程图
3.4工艺参数
在陶瓷生产中，任何参数的确定必须基于生产的稳定。
比如陶瓷原料，远地原料考虑到运输和原料存储量的关系，一般选择存储2~3个月，而本地原料，由于运输方便，可以选择10天到半个月，陶瓷泥浆的均化、搅拌时间一般选择24小时，粉料的陈腐期一般也为24小时,在设计时需要考虑两天的容量。
在稳定生产的前提下，力求零损失，零浪费，比如烧成的合格率，工厂需要控制在97%以上，配料和成型的损失率都需要小于0.5%，还有一些参数是根据生产的经验，例如泥浆的含水率大致在30%~40%左右，粉料的含水率在7%~8%左右，印花的温度需要控制在50~60℃，磨边尺寸大概需要10mm。
根据陶瓷生产经验和陶瓷厂工艺设计概论[9]中物料平衡计算和定额指标、工作制度及定员两节，结合本人理解和认识，以及在陶瓷厂实习收集到的资料，确定全厂生产各工段工艺参数，其主要工艺参数见表3-2。
表3-2渗花抛光砖主要工艺参数
外地原料储备期
（月）
本地原料储备期
（天）
粉料仓储备期（天）
配料、球磨损失率
喷雾干燥损失率
成型车间损失率
干燥损失率
2
10
2
0.5%
0.5%
0.2%
0.2%
烧成合格率
产品烧成收缩率
抛光合格率
灼减
泥浆水份
粉料水份
出干燥窑水份
98%
10%
98%
5%
32%
7.0-8.0%
<0.5%
吸水率
产品单重
干燥周期
烧成周期
干燥温度
烧成温度
印花温度
<0.1%
21.5kg/m2
20min
55min
100-200℃
1200℃
50-60℃
干燥窑温度
产品规格
成型、干燥、印花回料率
喷雾造粒等回料率
磨边预留尺寸
抛光预留尺寸
原料库硬质原料储备期（天）
160℃
800×800mm
1.2%
1%
10mm
1mm
10
第四章物料平衡计算
由于设计所用的原料没有具体给出，那么我们假定他们分别为A、B、C、D、E、F、G，其中A、B为硬质原料，C、D为半硬质原料，E、F、G为软质原料，且A、B、E、F为远地原料，C、D、G为本地原料。
在这里，我们假定配方中原料配比为A：
B：
C：
D：
E：
F：
G=2:
1:
3:
1:
2:
4:
1，同时为了方便计算，硬质原料的含水率我们假定为3%，堆积选择密度为1.2t/m3，半硬质原料的含水率我们假定为5%，堆积密度为1.4t/m3，软质原料的含水率假定为10%，堆积密度为1.5t/m3。
假定泥浆密度为1.70g/cm3，球磨时间为11个小时，放浆和加料时间各为1小时。
原料的详细参数归纳起来见表4-1：
表4-1原料的详细参数
A
B
C
D
E
F
G
质地
硬质
硬质
半硬质
半硬质
软质
软质
软质
水分
3%
3%
5%
5%
10%
10%
10%
堆积密度（t/m3）
1.2
1.2
1.4
1.4
1.5
1.5
1.5
配料比例
2
1
3
1
2
4
1
其他条件：
泥浆的密度：
1.70g/cm3，球磨周期：
11h，放浆1h，加料1h
根据设计的要求，年产300万m2，产品单重21.5kg/m2，产品的规格为800×800×10mm，可以计算出年产成品总量：
G年=300×10000×21.5=6.45×107kg
根据陶瓷厂生产的经验，一年之内由于检修和烘窑，需要停产1~2个月，这里我们选择45天，来进行计算，那么每天的成品产量为：
G天=G年÷（365-45）
=6.45×107÷320
=2.016×105kg
成品的体积：
V成=0.8×0.8×0.1=0.064m3
考虑到抛光砖需要磨边和抛光，根据表3-2的主要工艺参数，磨边、抛光前产品的体积为
V产=（0.8+0.1）×（0.8+0.1）×（0.1+0.01）=0.0891m3
假定抛光砖抛光磨边前后都是均匀长方体，那么，磨边抛光之前每天产品的质量为：
G产=G天×V产÷V成
=2.016×105×0.0891÷0.064
=2.81×105kg
根据抛光合格率及烧成合格率和烧成酌减，产品入窑前的质量为：
G入=G产÷烧成合格率÷抛光合格率÷（1-烧成酌减）
=2.81×105÷0.98÷0.98÷（1-0.05）
=3.1×105kg
考虑产品在成型、干燥过程中的损失，那么每天需要的粉料质量为：
G粉=G入÷（1-成型损失率）÷（1-干燥损失率）
=3.1×105÷0.98÷0.98
=3.23×105kg
喷雾干燥后的粉料含水率在7%——8%之间，这里我们取7.5%，而泥浆含水率为32%，在喷雾干燥过程中，由于细小粉尘不能被收下而随着尾气排除以及粉尘粘在喷雾干燥塔避的缘故，物料会有损失，根据喷雾干燥损失，喷雾干燥前的泥浆质量：
G浆=G粉×（1-粉料含水率）÷（1-喷雾干燥损失）÷（1-泥浆含水率）
=3.23×105×0.935÷0.995÷0.68
=4.47×105kg
料浆体积：
V浆=G浆÷料浆密度
=4.47×105÷1.70÷1000
=263m3
根据干物质量守恒，粉料中的干物质量应该等于原料减去运输及球磨过程中的损失后的干料重量：
G浆×（1-泥浆含水率）=[（2+1）X×（1-3%）+（3+1）X×（1-5%）+（2+4+1）X×（1-10%）]×[1-0.005]4.47×105×0.68=（2.91X+3.8X+6.3X）×0.995
X=23481kg
每天需要消耗的原料总质量为：
G天=（2+1+3+1+2+4+1）X
=14×23481
=328734kg
那么各种原料的每天消耗量为：
GA=23481×2=46962kg
GB=23481×1=23481kg
GC=23481×3=70443kg
GD=23481×1=23481kg
GE=23481×2=46962kg
GF=23481×4=93924kg
GG=23481×1=23481kg
第五章露天堆场和原料库设计
根据第三章选择的各种原料的储备期，这里我们计算出各个原料需要的堆积体积：
带入数据
VA=46962×60÷1.2÷1000=2348.1m3
VB=23481×60÷1.2÷1000=1174.1m3
VC=70443×10÷1.4÷1000=503.2m3
VD=23481×10÷1.4÷1000=167.8m3
VE=46962×60÷1.5÷1000=1878.5m3
VF=93924×60÷1.5÷1000=3757.0m3
VG=23481×10÷1.5÷1000=156.6m3
对于硬质和半硬质原料，采用的是露天堆放，在这里我们设定堆积墙的高度为H=5m，堆积料仓的宽度统一为D=15m，考虑到装卸料和翻料的方便，这里我们取长度富裕系数为
=1.3
带入数据
=40.8m
同理可得
=20.4m
=8.8m
=3.0m
原料库是用来堆放软质原料和均化陈腐好的硬质原料，这些原料一般会立即投入球磨机进行配料粉磨，所以一般采用室内堆放方式。
在第三章中，我们选择原料库中硬质原料的储备期为10天。
在这里，同样取堆积墙的高度为H=5m，取堆积的宽度为D=10m，同样取长度富裕系数为
=1.2
由
=9.4m
=4.7m
=12.1m
=4.1m
=45.1m
=90.2m
=3.8m
由于E、F占用的长度过大，不适合放置在球磨工段内，我们选择将它们挨着露天原料堆放，宽度也取15m，堆积高度选择5m，上面加顶棚，墙高度为7m。
那么：
=30.1m
=60.2m
第六章球磨工段设计
6.1球磨机的计算和选型
球磨机是陶瓷厂的细碎设备，在无论是配料还是釉料粉磨过程中，都很起到很好的研磨和混合效果，在陶瓷生产过程中，一般选用间歇性球磨机[10]。
球磨机球磨方式有湿法球磨和干法球磨两种，因为湿法球磨适合多种物料和添加剂的混合精细研磨，使瘠性物料与塑性物料搅拌混合均匀，还能在短时间球磨后即可获得符合生产要求的粒度和粒度分布范围的物料，且粉尘少，对环境的污染小。
因此湿法球磨在陶瓷生产中得到了广泛的应用，本设计也同样采用湿法球磨。
陶瓷生产原料中不能含铁，因此球磨机的衬板不能选用高锰钢或金属合金，可以采用高铝衬板或者是橡胶衬板，由于橡胶衬板质量轻，负荷轻，动力消耗小，使用寿命长，磨球消耗低而且工业噪音低[11]，因此在这里我们选用橡胶衬板，对于研磨体陶瓷厂一般采用陶瓷球，陶瓷球的级配按照大、中、小=5:
1:
4进行配合，同时根据陶瓷厂生产的经验取料、球、水=1:
1:
0.5进行配料。
那么每次加入陶瓷球和水的质量：
G球=G天=328734kg
G水=0.5G天=164367kg
根据第四章选择的球磨时间11h，放浆时间1h，加料时间为1h，那么计算球磨机的总的吨数。
G’=G天×（球磨时间+放浆时间+加料时间）÷24
=328734÷24×（11+2）
=178064kg
从上面的计算看成，需要的陶瓷球磨机总的吨位在180吨，考虑到目前国内100吨球磨机产品还不够成熟，我们选用60吨球磨机。
60X=180
在这里我们取X=3。
考虑到扩大生产、球磨机的检修和工业限电，我们这里60吨球磨机多选择2台。
因此，球磨机选择为60吨球磨机5台。
且所有相同型号的球磨机不是在同一个时间开球和停球，这样可以方便工人喂料和卸料，同时也可解决同时启动造成的功率不够。
根据选择，球磨机的参数见表6-1：
表6-1所选60T球磨机参数
筒体尺寸（mm）
筒体厚度（mm）
有效容积（m3）
筒体转速（r/min）
主电机功率（kw）
辅
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