年产1000万件日用陶瓷陶瓷厂工艺设计化学专业毕业设计.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毕业设计
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