年产1800万件日用陶瓷厂坯料车间工艺设计

学学 号：号：201008010430HEBEI UNITED UNIVERSITY毕毕业业设设计计说说明明书书GRADUATE DESIGN设计题目：年产设计题目：年产 1800 万件日用陶瓷厂坯料车间工艺设计万件日用陶瓷厂坯料车间工艺设计学生姓名：许甫尧学生姓名：许甫尧专业班级：专业班级：10 材料材料 4 班班学学 院：材料科学与工程学院院：材料科学与工程学院指导教师：郑占申指导教师：郑占申 教授教授2014 年年 06 月月 04 日日河北理工大学信息学院-摘 要本设计是结合当前社会经济背景、我国基本国情，在环境保护、市场需求的基础上深入了解调查后做出的一份针对性的日用陶瓷工厂设计。厂址选在唐山，预计年产量 1800 万件。首先，根据物料平衡计算，确定原料进厂到成品出厂过程中各工序、各种原料、辅助材料、燃料及水电需要量和各堆场、仓库面积。其次，根据设备选型结果选取主要设备如球磨机、浆池、料仓、压滤机、干燥窑和烧成窑等。生产工艺流程由原料、成型、烧成三部分组成，包括坯、釉料制备、成型、干燥、施釉、烧成、检选包装工段。然后，根据生产工艺流程和所选设备进行工艺设计和布置，确定独立式车间布置及主要车间面积。日用陶瓷厂坯料车间工艺设计在传统的基础上，采用现代科学的方法进行设计布置，这将有效地提高经济效益，减少劳动强度。本设计综述了日用陶瓷的发展及现状，进行了原料和工艺流程的选择，完成了配方计算、全厂的物料平衡计算、设备的选型以及坯料车间的设计。在掌握原料性质及完成配方计算的基础上，算出了原料堆场的面积，确定了机械设备的选型。通过主要工艺参数和不平衡系数的选择，进一步完善了各种计算和设备选型，满足了设计要求。最后，把原料仓库工艺布置和泥浆制备车间的工艺布置在图纸上绘制出来，主要涉及设备有球磨机、破碎机和提升机等关键词 日用陶瓷；工艺设计；物料计算；设备选型；车间布置Abstract-I-AbstractThis design is combined with the current social and economic background and Chinas basic national conditions.It is also based on the environmental protection and the market demand. This is a survey made after the design for daily-use ceramics factoryWith the depth understanding. Factory is located in Shenyang，the annual output is expected to 18000000. Firstly，according to the calculation of material balance，determine the raw materials to finished products in the process，all kinds of raw materials，auxiliary materials，fuel and power requirement and the yard，warehouse area. Secondly，according to the equipment selection results selecting main equipment such as ball mill，pulp pool，hopper，filter，drying kiln and kiln etc. The production process is made up by the raw materials，molding and firing three parts mainly including billet and glaze preparation，molding，drying，glazing，firing，check the packaging section. Then we according to the production process and the equipment for process design and layout of the determination of the independent type workshop layout and main workshop area.This design of the blank workshop of the Sanitary ceramics factory is based on the traditional design principles. The design and layout use the modern and scientific approach which will effectively increase economic efficiency and reduce labor intensity. This design reviewed the development and the present situation of the Sanitary ceramics, selected the raw material and process flow, and completed the formula calculation, the whole plant material balance calculations, the equipment selection and the design of the blank workshop. In master of raw material properties and on the basis of the completion of formula calculation, the design worked out the area of the materials stockyard, and determined the mechanical equipment selection. Through the selection of the main process parameters and the unbalance factor, the design further refined the calculation and selection to meet the design requirements. The layouts of the process the raw material warehouse and the slurry preparation plant fully shown in the drawings. Mainly includes the ball mill, mud pools, crusher and elevator, etc. Finally, show the raw material warehouse and the slurry preparation plant on the drawing, the equipment mainly involves the ball mill, the crusher and ascend machine, etc.Keywords daily-use ceramics; process design; the calculation of balance; the equipment selection目 录-II-目 录引言.1第 1 章 绪论.11.1 日用陶瓷的定义和分类.11.1.1 日用陶瓷的定义.11.1.2 日用陶瓷制品的分类.11.2 日用陶瓷的发展.11.2.1 日用陶瓷的发展历史.11.2.2 日用陶瓷的发展现状.21.2.3 日用陶瓷的发展趋势.31.2.4 科技进步的发展历程.4第 2 章 工艺设计方案.62.1 建厂地区和厂址的选择.62.1.1 建厂地区的选择的主要因素.62.1.2 厂址具体位置选择的原则.62.2 全场总平面工艺布置.72.2.1 总平面布置的基本原则.72.2.2 主要措施.92.3 总平面布置的工艺要求.102.3.1 工厂的组成.102.3.2 工艺要求.102.4 主要生产车间的布置.102.4.1 泥料制备车间.102.4.2 成型车间.112.4.3 焙烧车间.122.4.4 辅助生产车间.12第 3 章 工艺设计计算.133.1 工艺流程的原则.133.2 确定工艺流程的依据.133.2.1 原料的组成及性质.133.2.2 产品品种及质量要求.143.2.3 建厂规模及技术装备水平.143.2.4 建厂地区气候条件.14第 4 章 原料性质与配方.154.1 矿物原料的性质.154.1.1 粘土类矿物原料及其性能.154.1.2 长石类矿物原料.164.1.3 硅质原料.164.1.4 其他矿物原料.164.2 陶瓷原料中各种氧化物的作用.164.3 差减法计算坯料配方.19目 录-III-4.3.1 坯料配方的计算.194.3.2 釉料配方的计算.224.4 工艺性能指标.24第 5 章 全厂物料平衡计算.265.1 物料平衡计算的意义.265.2 工艺参数的选择.265.3 陶瓷厂主要工艺参数实例.275.3.1 陶瓷厂主要工艺参数.275.3.2 其他设计参数.285.4 物料平衡计算.28第 6 章 工艺设备选型和计算.336.1 工艺设备选型的作用.336.2 设备选型应考虑的因素.336.3 车间工作时间与生产班制的计算.346.4 不平衡系数的选取.366.5 破碎设备计算与选型.366.5.1 粗碎设备的选型.366.5.2 中碎设备选型.376.5.3 细碎设备选型.376.6 泥浆泵的计算与选型.386.7 泥浆搅拌设备的计算与选型.396.8 筛分设备的计算与选型.406.9 除铁设备的计算与选型.416.10 真空泵及其泥浆池的计算与选型.416.11 压滤机的计算与选型.426.12 输送设备的计算与选型.426.13 隧道窑选型.43第 7 章 原料车间设计.447.1 原料车间工艺特点.447.2 原料车间工艺布置的原则和要求.447.3 原料车间各设备的特点.457.4 原料的储存与运输.467.4.1 原料的储存.467.4.2 原料的运输.467.5 原料的贮存面积的计算和堆放.467.6 厂区的绿化、美化设计.477.6.1 绿化的意义.477.6.2 绿化原则.487.6.3 绿化对象.487.7 环境保护计划.487.7.1 采用标准.487.7.2 主要污染源.497.7.3 污染的防治.49目 录-IV-参考文献.51谢 辞.53引 言-1-引言日用陶瓷行业在我国是一个古老的行业，大约已有 8000 多年的历史。在唐宋时期，陶瓷制造已相当发达，并形成一定的生产规模。宋代钧、汝、官、哥、定五大名窑，产品闻名于世，陶瓷器作为商品开始批量输出海外。明清两代，是我国瓷业发展的历史鼎盛时期，以江西景德镇瓷器为代表，以其精美多样的产品、精湛的技艺，在全世界享有极高的声誉1。90 年代以来陶瓷工业迅速发展，产量猛增，经营体制更加灵活多样，日用陶瓷科技进步出现了可喜的局面，推动着生产力向前发展；各项新技术新装备、新产品不断涌现，企业改造更新有了活力，全行业呈现出蓬勃昌盛的景象；产品数量猛增，质量明显改善，行业面貌出现突破，繁荣了国内外市场。日用陶瓷出口贸易已成为我国轻工产品外销的拳头商品之一，为国家争得巨额外汇。为进一步了解唐山地区日用陶瓷的发展状况，决定借鉴传统日用陶瓷厂工艺技术结合现有的先进设备及技术进行年产 1800 万件日用陶瓷厂坯料车间工艺设计。第 1 章 绪论-1-第 1 章 绪论1.1 日用陶瓷的定义和分类1.1.1 日用陶瓷的定义英文名称：domestic ceramics 供日常生活使用的各类陶瓷制品，有陶、细瓷、炻瓷三大类。1.1.2 日用陶瓷制品的分类（1）按瓷种分类。目前市场上流通的主要有日用细瓷器、日用普瓷器、日用炻瓷器、骨质瓷器、玲珑日用瓷器、釉下(中)彩日用瓷器、日用精陶器等。（2）按花面装饰方法分类。按花面特色可分为釉上彩、釉中彩、釉下彩、色釉、未加彩的白瓷等。（3）按用途分类。如餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭具等。1.2 日用陶瓷的发展1.2.1 日用陶瓷的发展历史日用陶瓷行业在我国是一个古老的行业，大约已有 8000 多年的历史。在唐宋时期，陶瓷制造已相当发达，并形成一定的生产规模。宋代钧、汝、官、哥、定五大名窑，产品闻名于世，陶瓷器作为商品开始批量输出海外。明清两代，是我国瓷业发展的历史鼎盛时期，以江西景德镇瓷器为代表，以其精美多样的产品、精湛的技艺，在全世界享有极高的声誉。建国以前，我国陶瓷行业受到了严重摧残，一蹶不振；而此间西方制瓷业却得到了很大发展，我国的瓷国地位受到了严重挑战3。1949 年 10 月新中国诞生了，陶瓷业获得了新生，在破残的基础上恢复并得以发展。在党和各级政府的关怀支持下，我国日用陶瓷逐步建立了比较完整的现代工业体系，根本上消除了“备料用石碾，手工拉形坯、燃料用槎柴，烧成靠龙窑”的原始传统的生产方法。五六十年代期间，在“百花齐放”正确方针的推动下，日用陶瓷技艺推陈出新，继往开来，形成了以原料产地为中心的河北联合大学材料科学与工程学院-2-南北方各陶瓷集中产区。各地生产出具有各自独特风采、格调迥异、繁花似锦的陶瓷品种。在党的十一届三中全会的改革开放正确方针指引下，日用陶瓷科技进步出现了可喜的局面，推动着生产力向前发展；各项新技术新装备、新产品不断涌现，企业改造更新有了活力，全行业呈现出蓬勃昌盛的景象；产品数量猛增，质量明显改善，行业面貌出现突破，繁荣了国内外市场。日用陶瓷出口贸易成为我国轻工产品外销的拳头商品之一，为国家争得巨额外汇。90 年代以来陶瓷工业迅速发展，产量猛增，经营体制更加灵活多样，各主要产瓷区发展不平衡，开始出现亏损企业。技术进步步伐放慢，全行业收益不理想。具体从日用陶瓷产区也可看出，由于改革开放和机制的转变，地方政策的灵活多样，一些过去大的产瓷区如：江西景德镇、湖南醴陵、河北唐山等国营企业生产不景气，有的甚至倒闭，使得这些产区日用陶瓷产量的排名在逐年下降。同时也有一些新产区正在蓬勃发展，主要是机制活，民营企业在不断增加，同时这些企业注重人才、注重新产品开发、注重市场（新闻发布、招商、广告） ，并注重建立现代的销售网络和营销理念（建立代理商、分销商） 。例如：广西北流、广东潮洲、福建德化、山西怀仁等由于地方政府重视并成立陶瓷行业协会，使得日用瓷生产大幅度增长。目前广东省产量占全国第 1 位，广西省占全国第 4 位，山西省占全国第 7 位。由此可看出目前全国日用陶瓷的发展有一个区域性的变化，主要是机制、体制的变化，特别是民营企业的发展，促进了日用陶瓷工业的发展4。1.2.2 日用陶瓷的发展现状新中国诞生后，党和政府十分关心和重视日用陶瓷工业。64 年来，特别是改革开放 34 年来，我国的日用陶瓷行业得到了迅速的发展，陶瓷企业遍布全国，形成了江西省景德镇、河北唐山、邯郸、山东淄博、江苏宜兴、湖南醴陵、福建德化、广东佛山、湛江、汕头、潮洲、辽宁海城等重点陶瓷产区；建立了陶瓷研究所、设计院、大专院校与陶瓷装备制造、装饰材料制造等专业工厂，一个完整的工业体系业已建立；产品品种也由日用陶瓷、陈设艺术瓷扩展到建筑卫生陶瓷、工业陶瓷及高技术陶瓷领域。改革开放以来，我国传统的日用陶瓷行业引进了国外先进的制瓷技术和装备，使许多产区、企业的生产进一步现代化、产品质量不断提高、出口创汇增加，我国日用陶瓷工业和世界先进水平的差距在逐步缩小；全国现有国有企业及集体企业约 1700 家，约占全部企业的21%，职工总数近 40 万人。村办、民营个体企业由于受业主资金、技术和能力等各方面的影响，大多数企业起点较低，投入较少，生产的品种多数是低档产第 1 章 绪论-3-品。 我国日用陶瓷产量是世界第一，约占世界每年总产量的 40%，出口量同样是世界第一。随着行业结构调整的加快和与国际市场的进一步接轨，日用陶瓷出口产品结构也不断改善，从过去的一般细瓷，增加了炻瓷、强化瓷、耐热瓷、骨质瓷、高石英瓷等。2002 年我国日用陶瓷产量为 140 亿件，出口量 82.23 亿件，出口换汇 17.13 亿美元，单件换汇 0.208 美元。2003 年日用陶瓷产量 170亿件，出口量 92.91 亿件，出口换汇 20.44 亿美元，但单件换汇仅为 0.22 美元。产品主要是中低档产品，从 2001 年起日用陶瓷出口比例超过 50%以上，出口依存度越来越高。但多年来单件换汇平均在 0.20-0.25 美元，平均达到 0.30 美元以上的仅有两年：即 1995 年为单件换汇为 0.36 美元（这也是历史最高一年） ，1997 年达到 0.32 美元。而产量在 1992 年以后就达到 60 亿件以上，其中达 100亿件以上有 3 年：即 1997 年 115.59 亿件；2001 年 131.54 亿件；2002 年 140 亿件。从以上情况可以看出我国日用陶瓷大都属于低档产品，换汇率很低，仅为国外产品的 1/5-1/7。由于出口出现竞相压价的现象，不仅使得企业利润大幅度下降，还会造成国际外贸时倾销发生，给日用陶瓷生产带来不可估量的影响，使得我国日用陶瓷在国际上声誉下降。1.2.3 日用陶瓷的发展趋势国内陶瓷市场伴随人民生活水平的提高和旅游业升温，内销日用陶瓷需求市场出现了以下几点显著变化：一是粗瓷和质量差的细瓷滞销，中档细瓷行销。目前，除少数“老、少、边、穷”地区一些没有解决温饱的家庭外，从城市到农村，家庭餐桌上很少见到粗碗或破碗；一般家庭，特别是新组建家庭，基本上都有一套以上的“当家碗” 、 “当家茶具” ，二是套装餐、茶具和酒具供不应求，用户开始讲究产品包装。此外，受旅游业发展的推动，宾馆瓷、餐馆瓷需求强劲是日用陶瓷国内市场出现的又一新特点。目前，我国建成和在建的高档宾馆、酒店有一千多家，年消费日用陶瓷价值逾亿元。由于资金限制，多数宾馆、酒店无能力购买国外高档宾馆瓷，而不得不将求购眼光转向国内。即使有经济实力的单位，考虑配套，补单困难，也纷纷转向国内市场。 我国日用陶瓷行业从国内外两个市场来看，目前应尽快进入重要的调整提高期。尽管日用陶瓷出口逐年还会略有增加，但由于日用瓷还只是中低档产品，不能进入国际高档日用陶瓷行列，更兼发展中国家本民族陶瓷工业的崛起，将会直接影响我国的日用陶瓷外贸，不采取有效紧急的调整决策，日用陶瓷外贸将会出现一个拐点，不但在出口金额上逐年下降，出口数量也会不断下降，这河北联合大学材料科学与工程学院-4-决不是危言耸听。我们认为，我国的日用陶瓷必须从产品质量争得高档次，以优质共识品牌抢占市场，这应是我国 21 世纪日用陶瓷的总体面目。具体而言就是：以组织研发和生产世界市场承认的高中档日用陶瓷为主攻方向高档日用瓷和日本、英国、德国等抢占国际市场，增加市场份额；中档日用陶瓷面向第三世界，并同时生产出适应中东、非洲等国家和地区的受欢迎的日用陶瓷，不断扩大市场份额；与此同时也注重国内日用陶瓷市场，以高档日用陶瓷阻挡国外日用陶瓷的扩张，以中档日用陶瓷满足国内广大顾客的需求。尽管要实现以上目标会有各种困难，但我国陶瓷界只要齐心协力、奋力拼搏，就一定能逐步创造出新的辉煌。1.2.4 科技进步的发展历程（1）陶瓷原料和坯料制备在我国日用陶瓷发展的第一阶段（1950-1978 年）陶瓷原料制备主要方式是石碾，极易造成质量、成分和颗粒级配等的波动，故难以生产出中档日用瓷产品，更谈不上生产高档日用瓷。进入发展的第二阶段（1978-2013 年）后，陶瓷原料正在逐步实现标准化。目前苏州青山高岭土、福建龙岩高岭土、山西大同土正是如此，已部分商品化，并向坯料、釉料标准化、商品化方向迈进。在原料加工工艺上采用的新技术与装备有：粘土淘洗技术、高梯度磁选技术、振动过筛技术、容量法配料、高压滤泥机使用、大容量球磨机使用、氧化铝瓷球衬板使用等等。坯料制备极少数已采用喷雾干燥造粒。（2）釉料制备新技术随着快速烧成技术的应用，对釉料提出了更高的要求，这就需要不断改进釉料制备工艺来提高釉料质量、增加产量。传统的滚筒式球磨机制釉在一定程度上受到限制，它难以满足新工艺、新技术对釉料颗粒度、颗粒级配及分布的要求。用新型搅拌球磨机、环隙级配球磨机取代是理想的选择。采用这种新型球磨机的同时，又采用锆质或钇锆质材料作为研磨介质，可保证球磨机具有较大填充系数，利于提高产量。这两种新型球磨机较易洗涤，且能耗低、制备的釉料质量较高，可以明显减少针孔、滚釉等缺陷。（3）成型工艺技术和装备在我国日用陶瓷发展的第一阶段（1950-1978 年）成型主要是手工拉坯或刀压。进入发展的第二阶段（1978-2013 年）后，逐步采用了一些新型的成型工艺技术和装备。在注浆成型方面，主要是引进了一些注浆生产线。更进一步的是采用压力注浆成型既可采用单件模具，又可实现多件模具组合式成型，还可由第 1 章 绪论-5-多件模型组成转台式压力注浆成型生产线。它与普通注浆成型一样既可进行空心注浆，又可进行实心注浆。成型过程可自动控制和自动记录，压力注浆成型以新型合成树脂模具取代了传统的石膏模具，避免石膏残渣对陶瓷坯体的污染。可显著提高产品质量、增加产量、保证产品具有清晰的外形轮廓和均匀的致密度。在塑料泥料成型方面从滚压成型机配链式干燥机生产，开始逐步引进和消化吸收了盘、碟、杯生产线，并逐步得到了推广。在冷塑料成型技术和设备方面，引进了国外最先进的等静压成型技术和设备，为异形和浮塑产品开辟了广阔天地。在施釉技术方面：在手工施釉的基础上，引进了各种不同类型的施釉机，解决了回头釉和釉缕的缺陷，但这些施釉机必须用在素烧后的产品上。（4）烧成工艺、窑炉和燃料结构二次烧成工艺是提高产品档次的必要条件之一，在我国北方，采用高温素烧、低温釉烧工艺生产软质瓷，以唐山骨质瓷为代表，由于使用煤气隧道窑，实现了明焰无匣烧成，其单位能耗二次合计不超过 4500 千卡/公斤瓷，在我国南方，以中国景德镇瓷厂和重庆兆峰的产品为代表，采用低温素烧、高温釉烧工艺生产硬质瓷。在重庆兆瓷引进高温辊道窑，使用天燃气实现明焰无匣快速烧成，素烧 4.5 小时，釉烧 5.5 小时，其单位能耗二次合计不超过 1500 千卡/公斤瓷，达国际先进水平。从目前实践看，要上高档瓷必须采取二次烧成工艺，这对今后高档瓷的发展将起到重要作用。【绪论的最后应该有二级标题，带出 1 段2 段，引出主旨，并承上启下】？河北联合大学材料科学与工程学院-6-第 2 章 工艺设计方案2.1 建厂地区和厂址的选择厂址选择是否合理直接影响到建厂速度、建设投资、产品成本、生产发展和经营管理等各方面，所以厂址选择是工业建设前期工作的重要环节，也是一项政策性和科学性很强的综合性工作。厂址选择一般分为两个阶段进行，即选择建厂的地区位置和选择建厂的具体厂址。建厂的地区位置由国家计划委员会或各部、各省、自治区或直辖市计委根据国民经济的远景规划和技术经济论证，确定工厂的所在地区或几个大概的地点，并且要在计划任务书内加以注明。工厂的具体厂址则由设计单位会同该企业所属的工业部门和主管机关的代表和建设单位共同选定。2.1.1 建厂地区的选择的主要因素（1）原材料的来源，（2）燃料、动力供应的条件，（3）产品运输距离以及消费区（或产品集散地）接近程度，（4）设厂地点工厂与协作单位、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。2.1.2 厂址具体位置选择的原则（1）厂址位置的确定必须考虑到主导风向，即厂址应该在居民区的下风处，地下资源水源即水患，电力供应以及距离居民区远近等条件。厂址要尽量接近当地工业区城、城镇原有建筑，并利用当地市场及行政策略。（2）运输线路的配合这对陶瓷厂来说至关重要。由于生产中消耗大量原料、燃料、材料，以及生产成品的销出均属较大吞吐量的运输，因此，建厂的地点要便于铁路接轨或靠近公路干线或港口码头。中小型工厂需采用铁路线运输时，厂址与铁路干线承运站之间，不宜有河流或其他复杂工程阻隔。运输线路进厂方向，要与工厂第 2 章 工艺设计方案-7-总平面平面位置相适应。（3）厂址地势与总平面图方位的确定这关系到厂内外的运输、地面水的排除以及通风条件。厂址平坦且坡度较小时，虽可在建设中省去大量土方工程，但因不能保证地面水的顺畅排出，并不适宜于工业建设；窝风的盆地因通风条件不良以及运输上的不方便，也不易做选址。通常厂址地势的最适宜坡度应为 4左右的倾斜度。一般工厂总平面图均已长方形外廓来选择厂址所占地形于方位。厂区方位往往极大程度决定了车间的排列走向产生不同采光及通风效果，这对于操作工人较为密集的陶瓷生产而言，不可忽略。（4）厂址的水文地质条件厂址的地质应该考虑到地表土壤有较大的地耐力；地下水位置低；以及地下水对水泥钢材的腐蚀程度要低。此外，在初步设计过程中，还应掌握当地的气象资料（如气温、降雨、降雪、风向、风力等）2.2 全场总平面工艺布置陶瓷工厂的总平面设计，是根据工厂的生产性质、生产规模、生产过程的组织及特点，在已选定的厂址上，对合理地布置厂区内的建筑物、构筑物、堆场、道路、工程技术管网、生活福利设施、管理保卫机构和厂区的美化绿化等所进行的总体设计和竖向布置，并全面地解决他们相互间的协调问题。2.2.1 总平面布置的基本原则陶瓷工厂和其他工厂一样，在设计过程中必须遵循下列的基本原则：(1) 厂区内的建筑物、构筑物及交通运输线路的布置应使工艺流程顺捷，并保证合理的生产作业线；(2) 原料、燃料、半成品和成品的运输应当是连续的短距离运输，避免交叉和往返；(3) 适当地把厂区划分成为几个地段，把生产性质、防火、卫生条件、动力要求和交通运输等同类的建筑物、构筑物布置在一个地段，按生产作业线分布于工厂的厂区内；(4) 建筑物、构筑物的外形应简单、布置应紧凑，以便厂区利用率达到最大限度；河北联合大学材料科学与工程学院-8-(5) 辅助车间及仓库应尽可能地靠近它所服务的主要车间；(6) 动力设施应尽量靠近负荷中心；(7) 厂内人行道距离应最短，并尽可能避免与货运路线交叉，特别是在工作紧张及行人往返多的地段内；(8) 厂区的管线网，除必须转弯外，应尽可能取直，不应在铁路和道路路基下面敷设各种管线，集中埋放地下管线地带应位于建筑物和道路之间；(9) 布置建筑物时应考虑日照方位以及主导风向，应保证室内天然采光、自然通风及防止日照辐射热的投入，若有往大气中大量排放出煤气、烟、灰尘及不良气体的建筑物，当主导风向非常明显时，该建筑物必须布置在其他建筑物的下风侧；(10) 必须根据工厂的发展预先考虑将来扩建的可能，以便在用少量的投资，不影响工厂的正常生产、不改变原有总平面的设计意图和不拆毁较大建筑物、构筑物的条件下，达到扩建的目的；(11) 根据地形起伏、工程地质和水文地质等条件，把主要建筑物、构筑物布置在条件好的地段，以节约建设投资；(12) 应满足运输线路、防火卫生条件及工程技术管线的要求；(13) 应使厂内外铁路、公路、动力线路、卫生工程线路和本地区的其他设施连接合理、工厂和住宅区的联系方便；(14) 易燃、可燃和燃料仓库必须布置在生产性建筑物和构筑物的下风侧，经常散出大量火花以及有明火源的车间，均应布置在易燃、可燃和燃料仓库的下风侧；(15) 合理地选择建筑型式，使之便于生产并缩小工厂占地面积，缩短工程技术管线及运输线路；(16) 厂区内不允许修建医疗所、消防、警卫人员宿舍和运动设施等，但某些设施可设在厂区外的防护区内；(17) 规模较大的企业分期建设时，必须尽量缩短第一期工程的占地面积和生产作业线长度，以降低工厂的建设投资和经营费用；(18) 工厂总平面图应有合理的艺术性，建筑物和构筑物应与周围的环境及建筑物相配合，外观轮廓和道路系统平直整齐，各个建筑物相互协调，适当地美化使工厂成为一个建筑艺术的整体；(19) 建筑物、构筑物应作行列式或间节式布置，并应与建设场地的长轴或短轴线平行或是一小角度5。第 2 章 工艺设计方案-9-2.2.2 主要措施总平面布置的工作中，为了满足各种要求并达到经济合理的目的，需要采取相应的措施。常采用的基本措施有以下几个方面：(1) 厂区划分：合理的规划厂区，可以节约用地，建立良好的建筑整体，保证必要的防火卫生要求，合理地组织人流和货流。陶瓷工厂厂区可分为以下几个部分：主要生产区、辅助生产区、仓库堆场区、动力区、厂前区。以上分区一般是对大中型陶瓷工厂而言，小型工厂由于建筑项目少、工程设施简单，其布置原则虽然相同，但厂区划分上往往不太明显。(2) 合理组织人流、货流：为了合理安排货物的运输，需要研究货流分布与方向是否合理，线路是否短捷等问题。工厂上下班时有大量的工人出入厂区，形成较大的人流，最合理的人流组织是线路最短及与货运的交叉最少或避免交叉。正确的组织人流、货流，对于工厂的正常生产，提高劳动生产率，消灭事故，便利工人的通行和货运的畅通等问题都起着很重要的作用，设计中应认真妥善地解决。(3) 选择建筑形式：陶瓷工厂的厂房可分为两大类：单层厂房与多层厂房。(4) 布置紧凑：在进行陶瓷工厂总平面布置时，除了满足各车间生产的基本需求和建筑防火卫生要求外，还应该注意节约厂区用地。在设计实践中积累了很多宝贵的经验，归纳起来有下列两点：建筑物轮廓力求简单规正、沿建筑红线布置建筑物。(5) 考虑扩建与改建：改建与扩建企业时，应善于利用分散的旧厂房改建为联合大厂房，以达到满足生产要求。凡是一切可以利用的，如生产设备、建筑物、构筑物、道路管线和围墙等，应尽量利用，以节约投资，并需考虑不因基建施工而停止生产。(6) 防火卫生要求：在总平面设计中按建筑设计防火原则和卫生标准要求，在厂区的建筑物、构筑物等设施与居住区之间保持必要的距离。这对于国家财产的安全和劳动人民的健康，以及为企业附近的居民创造良好的工作和生活条件具有很大的意义。另外，还要考虑车道、人行道的宽度、工程技术管网布置所需的宽度和绿化美化等要求。河北联合大学材料科学与工程学院-10-2.3 总平面布置的工艺要求2.3.1 工厂的组成一般日用陶瓷工厂组成大致可分为以下几部分：（1）主要生产车间泥料制备 制品成型 上釉和彩饰 制品烧成 检验与装配（2）辅助及修理车间辅助及修理车间是为主要生产车间服务的车间服务的车间。（3）生产服务设施动力设施 运输设施 给排水设施 工程技术管网 堆场及仓库 行政管理和生活福利设施 绿化及美化设施生产工艺流程是总平面设计中最根本的设计依据之一，工厂总平面布置必须中充分满足生产工艺要求。要保证生产过程的连续性，保证生产流水线能顺利运行，线路最短而且无交叉和逆行现象。2.3.2 工艺要求合理地组织生产路线，不仅有利于生产和运输，而且对于节省建厂投资，创造良好的经营和卫生保健条件也能起重要作用。在总平面设计中，还要满足卫生、防火、劳动保护和技术安全方面的要求，并应和土建、交通运输、动力设施灯的设计密切配合。生产中原材料、半成品、成品的流动路线是根据生产工艺的要求来决定的。2.4 主要生产车间的布置2.4.1 泥料制备车间本车间主要任务是将进厂的陶瓷原料进行加工而制备出合格的泥浆、可塑性泥料。对于大型陶瓷工厂原料常是依靠铁路运输。为了缩短路线长度，要求布置在近铁路的进线处，而且常将铁路直接引入原料仓库附近或原料仓库内，以便第 2 章 工艺设计方案-11-采取机械化的装卸设施。用汽车运输原料时，要求布置在靠近公路入口处，并避免公路的交叉。利用水运时则应靠近码头。为了保证工厂生产的连续性，对原料需求要有一定的储备量。车间附近要有宽大的场地设置仓库或露天堆场。为了减少投资常将石英长石堆放于露天堆场上，而将粘土和石英、长石粉料堆放在仓库内。破碎、粉碎设备常用颚式破碎机、轮辗机和球磨机等。设备的基础较深，还有一些较深的地坑，厂房往往采用多层结构的建筑形式，故本车间应布置在工程地质和水文地质较好的地段。车间生产出的泥料供应成型车间使用，故必须尽量靠近成型车间，或将本车间与成型车间置于同一个建筑物内，这样可以缩短运输距离，同时也便于成型车间的废泥料回收。为了适应总平面布置的灵活性，也可将粉碎、球磨和榨泥部分分成两个工段，布置在不同的建筑物内，将榨泥部分近于成型车间或与成型车间合并在一起，而原料的破碎、粉磨和原料仓库相近，原料制成泥浆后用泵送到榨泥部分或成型部分，但仍希望二者距离不要太远，以免管道过长导致阻力较大而输送困难。本车间产生的粉尘较多，希望布置于工厂的下风侧，若与成型车间放在同一建筑物内，要注意减少粉碎部分的粉尘和噪音对成型车间的影响。在近丘陵或厂区起伏的地形上布置时可以将原料仓库、粉碎、球磨部分与榨泥、成型焙烧车间处于两个不同标高的阶梯形场地上。本车间产生较大量的泥浆废水，在车间附近应考虑有处理废水的沉淀池和做到排水方便。本车间所消耗的水、电和蒸汽量较大，应考虑靠近水源、变电站和热力车间。2.4.2 成型车间本车间主要任务是将制泥车间送来的泥料进行成型加工，供应焙烧车间合格的坯体。车间面积较大，工人较多，车间内的半成品输送量大，要求地势平坦。成型车间是陶瓷工厂的主要车间，常布置于工厂的中心部分。由于工人较多，布置时要特别注意车间的采光通风良好，不能将本车间布置于有害气体或粉尘的下风向，要考虑到太阳的辐射对车间的影响。车间要运出大量的毛坯至上釉或焙烧车间。由于毛坯的机械强度很低易于破碎，所以要靠近上釉和焙烧车间，并且要处于同一标高上，以利运输。也可河北联合大学材料科学与工程学院-12-将成型、上釉彩饰、烧成放在一个建筑物内，但是要注意减少烧成设备的热气流和煤气、废气等对成型车间的影响。2.4.3 焙烧车间焙烧车间主要任务是将已经上釉或未上釉的坯体焙烧成陶瓷制品，不同规模的工厂所用的热工设备有所不同。大型工厂常采用隧道窑，而小型工厂常采用倒焰窑或其他间歇窑。当采用隧道窑时，窑体较长，基础和坑道较深，要求轨道平坦，不允许因地基下沉引起轨道不平而造成推车困难，故应布置在工程水文地质较好的地段，而且要求地势较为平坦。焙烧车间是个热车间，布置时应该考虑保证车间的通风良好。车间在生产中产生大量的辐射热、烟尘或煤气、会影响到其他车间，所以应该布置于厂区的下风向。焙烧车间需要从成型和上釉部分运入大量的坯件，故应该靠近成型和上釉部分，或合并在同一建筑物内。根据停电对生产造成损失的情况，隧道窑及与其配套的煤气发生炉、贮油罐、泵油站应配备自备电源供电或一级负荷供电。辊道窑可二级电源供电。本车间需要消耗大量的燃料，故应布置在近于贮油罐、煤气发生站或煤气管道进口处。当使用固体燃料时，附近应考虑有个较大的煤堆场，还应该注意匣钵、棚板等耐火材料的供应方便。当地下水较低，而地形坡度较大时，可将焙烧车间隧道窑部分和成型车间处于不同的标高上，使隧道窑的窑车表面与成型车间处于同一标高，以降低工人装出窑的劳动强度，当焙烧车间有高大烟囱时，不宜临近厂前区，以免影响美观。2.4.4 辅助生产车间辅助生产车间主要包括匣钵、耐火材料车间，石膏模车间，中央实验室及试制工场，金工车间，锻造车间，木工车间6。第 3 章 工艺设计计算-13-第 3 章 工艺设计计算3.1 工艺流程的原则选择工艺流程，首先要保证产品的质量要求。在满足产品质量要求的前提下，尽可能简化流程，缩短周期。工艺流程的选择还应充分体现技术上的先进性和可靠性。要注意吸收类似工厂在实践中所积累的丰富经验。选用新设备、新技术、新工艺是要充分调查，反复论证，认真落时。生产过程的机械化和自动化，是现代陶瓷厂发展的方向，选择流程时应从工厂规模、当是当地的实际情况出发，尽可能提高机械化程度，降低劳动强度，如有条件，还应考虑自动化，暂无条件是也应充分考虑到今后技术改进和发展的可能性。选择工艺流程时，必须进行技术经济分析，使建厂后各项技术经济指标合理，此外，还应注意到生产调节的灵活性，如泥料性能虽有变化，不致引起生产工艺和设备运转的不合理等，工艺流程的最后确定，需要经过不同方案的分析对比，使选用的流程可靠、使用、先进、合理7。3.2 确定工艺流程的依据3.2.1 原料的组成及性质原料的组成和性质直接影响着原料加工处理方法。如进工厂原料中含块状硬质原料，就应加强破碎并注意对其粒度的控制；块度过大的原料，一次破碎达不到工艺要求就要采用多级破碎；如进厂的全是粉状原料，粗碎、中碎工序可省略；如采用的粘土容易在水中分散，则可采用粘土直接水化的工艺，即不经过球磨二直接进入搅拌池调成泥浆，再和其他浆料充分混合后使用。而硬质粘土，则必须经过球磨才能达到细度要求。原料中的杂质，应根据其对产品质量影响程度采用相应的处理方法。如原料中较多的云母，则要考虑精致去云母等。粘土中含砂量过高且波动大，需设淘洗工序，而含砂量低的粘土可不必淘洗。原料的塑性过低可采用风化、加强粉碎、真空练泥、陈腐等工序以套高原料的可塑性；可塑性过高需渗入瘠性物料或将粘土预烧后使用。有的粘土原料含水率过高（如大于 7%）不宜采用电子称自动配料，可将该粘土烘干处理货掺适量干料以降低含水率。原料的干燥性河北联合大学材料科学与工程学院-14-能和烧结性能决定干燥烧成工艺和设备的依据。3.2.2 产品品种及质量要求产品的品种和重量要求，直接影响到原料加工程度、坯料的配方及生产方法。为获得均匀优质的瓷坯，目前国 内外广泛采用湿法制泥流程，这即利于除铁和原料件的均匀缓和，有保证泥料达到要求的细度，球磨后的浆料都要经过多次过筛和除铁。3.2.3 建厂规模及技术装备水平工厂投资、规模、品种和技术装备情况，也会影响流程选择。投资较多的大型工厂，应尽可能采用机械化水平高的技术和大型、高效的设备但需进行经济核算，对于投资少，产量规模小的中、小型工厂，应注意因地制宜，适当的照顾到机械化程度，并未今后的发展留有余地。产量小而品种多的工厂，为灵活分化产品品种往往不得不采用一些间歇作业的设备；而产量大品种较单一的工厂，或同一工厂中国批量较大的产品应考虑到生产过程的机械化和自动化。3.2.4 建厂地区气候条件建厂地区的气候特点也会对流程有影响。如大型毛坯在气候温暖的地区可以采用自然阴干，而寒冷的地区则应采用人工干燥。第 4 章 原料性质与配方-15-第 4 章 原料性质与配方4.1 矿物原料的性质4.1.1 粘土类矿物原料及其性能1 粘土类矿物原料分类8(1) 按地址成因分类：一次粘土 二次粘土(2) 按构成粘土的主要矿物分类：高岭石类粘土 蒙脱石类粘土 伊利石类粘土 水铝英石类粘土 叶腊石类粘土(3) (3)按耐火度分类：耐火粘土 耐火度在 1580以上 中等易熔粘土 耐火度在 13501580之间 易熔粘土 耐火度在 1350以下2 粘土类矿物原料性能(1) 可塑性，粘土的可塑性是指粘土与适量的水结合后所形成的泥团，在一定外力作用下产生变形而不开裂，当外力去掉后仍保持其不变的性能。可塑性是粘土原料最重要的工艺性能之一，是粘土能够制成各种陶瓷制品的成型基础。(2) 结合性能，在陶瓷生产中，粘土的结合性能比可塑性更具有现实意义。结合性能的测定是在粘土中加入标准砂后，制成试条，测定干燥后的弯曲强度。(3) 其它性能，主要包括干燥性能、烧结性、耐火性、粘土的离子交换性、粘土的膨胀性、粘土的分散性、粘土的凝聚性、稠度、粘性、触变性等。 3 影响可塑性的因素影响可塑性的主要因素有粘土矿物的类型、粘土的颗粒度和颗粒分布，粘土颗粒的形状、粘土颗粒的离子交换能力和液相（及分散介质）的性质等。(1) 粘土矿物的类型。粘土矿物的类型不同，其可塑性差异很大。(2) 粘土颗粒的大小和形状。可塑性同粘土矿物颗粒大小和形状有密切关系。颗粒越小，分散度越高，比表面积越大，吸附的结合水量越多，颗粒间的附着点就增多，产生形变后形成新的附着点的可能性也会增大，这就有利于可塑性的改变。(3) 粘土颗粒的离子交换性。粘土具有的阳离子交换能力。黏土的交换阳离子主要吸附在的羟基的基面上和晶体边缘存在的氢氧离子上。这种被吸附的河北联合大学材料科学与工程学院-16-阳离子，在水溶液中又可被其他相同电荷的阳离子所置换，因而称为交换离子。黏土矿物种类不同，阳离子交换能力也不同。蒙脱石类黏土比高岭石类黏土的离子交换能力要大得多，因而可塑性也要强的多，叶腊石类黏土矿物没有显著的阳离子交换能力，也几乎没有可塑性。黏土中有机物的含量和结晶程度也影响其阳离子交换能力。(4) 分散介质的性质。分散介质的性质对可塑性有一定影响。表面张力和粘度高的介质均有利于提高可塑性，这是由于这些分散介质粘附在黏土颗粒表面，形成黏土薄膜，增大了颗粒间的作用力。4.1.2 长石类矿物原料长石是卫生陶瓷生产中普遍使用的熔剂型原料，是卫生陶瓷厂三大原料之一。长石能降低陶瓷产品的烧成温度和石英等原料高温溶化后所形成的玻璃态物质构成釉的主要成分。长石融化后形成的液相能填充坯体的孔隙，减少气孔率、增大致密度，提高坯体的机械强度、透光性能和机械性能，此外长石原料作为瘠性物质，可以提高坯体的疏水性，从而提高干燥速度。4.1.3 硅质原料凡以二氧化硅为主要成分、其含量与杂质含量等符合工业要求的岩石或砂子都叫硅质原料。自然界的硅质原料以石英族矿物为主，含微量长石、泥质和铁质等杂质。4.1.4 其他矿物原料其他矿物原料主要包括钙镁质矿物原料、含锆矿物、含锂矿物、含硼矿物、硫化物和硫酸盐、稀土金属原料。4.2 陶瓷原料中各种氧化物的作用(1) 二氧化硅(SiO2)SiO2是坯料和釉料的主体，主要由石英、高岭土、长石等原料引入。SiO2第 4 章 原料性质与配方-17-在陶瓷坯料中的主要作用，部分与粘土(或长石)中的 Al2O3在高温生成针网状的莫来石成为胎体的骨架，以提高成品的机械强度。另部分则与长石等原料中的碱金属、碱土金属氧化物在高温下形成玻璃物质，填充于胎体骨架之间，从而使成品致密，它能提高坯体机械强度和制品的透明度，还有一部分未能参与上述反应的则为游离状态的 SiO2，亦起骨架作用，亦可避免坯体在玻化时产生弯曲，变性缺陷。SiO2在烧成和冷却过程会发生晶型转变，体积变化大，因此，在坯料配方时要适量控制，不宜用量过大，否则易使成品的热稳定性降低。(2) 氧化铝(Al2O3)Al2O3是陶瓷坯釉中的主要成分，主要由高岭土、瓷土或长石引入。Al2O3在坯料中主要与 SiO2在高温下生成莫来石，起着骨架作用，并能提高烧成温度，扩大坯料的烧结范围，提高成品的机械强度、化学稳定性和热稳定性，还可提高瓷器白度。如含量低于 15%时，则降低烧成温度，并缩小烧结范围，易造成制品变形和热稳定性降低。(3) 三氧化二铁(Fe2O3)Fe2O3是一种红褐色或猪肝色的着色氧化物，熔点 1560，因为它的着色作用很强，在不同的烧成气氛下能使制品呈黄、青、灰、红等色。严重影响瓷器的白度，故视为有害物质，在普通瓷器坯料中，其含量宜小于 1%，细瓷坯料中宜小于 0.5%，尤其是瓷釉中（白釉）宜小于 0.2%。由于 Fe2O3具有较强的助溶作用，能降低坯料的烧成温度。(4) 二氧化钛(TiO2)TiO2也是一种着色金属氧化物，熔点 1825，它在氧化气氛中烧成呈黄色，在还原气氛中烧成则呈不稳定的灰色。如在瓷器坯釉中含 TiO2过多，易使成品发黄、发灰，显著降低成品的白度和透明度，故也视为有害杂质。(5) 氧化钙(CaO)CaO 是一种碱土金属氧化物，熔点为 2580，它在高温下能与 SiO2形成低共熔物偏硅酸钙,故起着助熔作用，是石灰釉的主要成分，由方解石、石灰石、白云石、釉灰等原料引入，因它助熔作用强，能降低坯料的烧成温度，增加坯料的致密度，提高制品的机械强度和透明度以及热稳定性。但含量不能太多，易影响制品色泽变形、烟熏。(6) 氧化镁(MgO)MgO 也是一种碱土金属氧化物，熔点为 2800。它与 SiO2和 Al2O3能生成熔点较低的堇青石，在长石质瓷中起助熔作用。一般从滑石，镁质粘土，白云石等原料引入。为了降低长石质瓷的烧结温度，有的瓷区用镁质粘土代替部分河北联合大学材料科学与工程学院-18-长石作熔剂并借以改善坯料的可塑性，但因为 MgO 的膨胀系数较小，同时又起乳浊作用，故镁质粘土的用量宜少，最好不要超过 3%，否则，既会降低皮料的透明度，又易引起坯与釉的膨胀系数不合而造成釉面龟裂。(7) 氧化钾和氧化钠(K2O 和 Na2O)K2O 和 Na2O 都是碱金属氧化物，易溶于水，且熔点很低。它们都是坯、釉的主要熔剂，能降低制品的烧成温度。K2O 和 Na2O 在陶瓷坯料中，能熔融部分 SiO2和 Al2O3而生成玻璃相，填充于胎体骨架的空隙中，并能加速莫来石的成长。故可提高瓷器的透明度。因此，在长石质瓷坯料中，除瓷土中引入少量 K2O 和 Na2O 外，应视坯料中的 Al2O3含量增加 3-4%而 SiO2的含量相对减少时，其 K2O 和 Na2O 的含量可随着增加 1%,过少制品不易烧结，过多则降低烧成温度而引起制品变形，还会降低制品热稳定性。由于 Na2O 的熔融温度和高温粘度均比 K2O 低，变化又快，且又因 Na2O 的膨胀系数比 K2O 大，如坯料中的 Na2O 比 K2O 多，不仅缩小烧成范围，而且还易引起制品剥釉。因此，在坯料配方中常用钾长石，很少用钠长石。Na2O 在坯料中的含量，最好小于1%。(8) 氧化锌(ZnO)氧化锌在陶瓷釉料中多使用于中温和高温釉中，它是一种助熔剂，与铅丹有着同样的作用，用量多的时候会是熔体的粘度及熔融温度提高，所以扩大釉的熔融范围，降低釉的热膨胀系数、提高釉的弹性模量、防止釉裂。它是一种常用的乳浊促进剂，但不能单独用作乳浊剂。钛乳浊釉中引入氧化锌可提高釉的覆盖能力，其作用是在高温时与氧化钛形成尖晶石结构的氧化物，在熔体中溶解度小，抗氧化能力强，这样可以使含氧化钛的乳浊釉对气氛的适应性大大提高。因此乳浊釉中加入氧化锌能提高釉的白度、光泽度和热稳定性。(9) 二氧化锆(ZrO2)自然界中，游离的二氧化锆中有单斜锆石，ZrO2分为全稳定型和部分稳定型，部分稳定型 ZrO2的抗热稳定性好，还可以用来增韧陶瓷材料，因为脆性材料的微裂纹前端存在着应力场，他有利于未稳定的四方相向单斜相转变。相变区域的体积膨胀在材料中形成压应力，抑制裂纹的扩张，达到增韧补强的作用9。4.3 差减法计算坯料配方差减法也就是化学组成逐项满足法，根据有关文献和资料，首先确定坯体所要求的化学组成，在已知所选用原料化学组成的前提下，再参照生产经验先第 4 章 原料性质与配方-19-确定某几种原料的用量，然后采取逐项满足法求出各项原料的用量。具体的计算步骤如下：(1) 将原料化学组成换算成不含灼减量的化学组成；(2) 根据坯料和原料的化学组成列表逐项计算各种原料需用量。(3) 计算出来的原料用量再换算成为含灼减量的实际原料用量。4.3.1 坯料配方的计算已知坯料和选用的各种原料的的化学组成如下表示：表表 4-1 坯体及原料的化学组成坯体及原料的化学组成 /wt%(1) 将原料化学组成换算成无灼减量的化学组成。例如坯长石的换算，无灼减量，同理可换算%97.58=0.14-99.3696.82=%SiO2出其它原料的组分，如下表所示：表表 4-2 原料化学组成换算表原料化学组成换算表 /wt%名称SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O/Na2O坯料68.4723.490.464.111.152.113.90石英97.580.410.080.450.241.23长石63.6719.270.861.363.2711.58滑石64.240.710.100.0634.88大同沙石52.6046.420.200.170.61界牌泥74.7322.680.650.160.821.55名称SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O灼减率合计坯体66.5122.