建筑陶瓷拋光磚原料車間的工藝設(shè)計(jì)*

楊高峰

(榆林化工能源學(xué)院 陜西 榆林 718100)

前言

拋光磚是通體磚坯體的表面經(jīng)過打磨而成的一種光亮的磚，是一種高檔建筑裝飾材料，因其耐磨、耐腐蝕，表面光亮如鏡，色彩豐富多樣而倍受廣大消費(fèi)者的青睞與喜愛，現(xiàn)已成為陶瓷行業(yè)中的主流產(chǎn)品[1]。而本設(shè)計(jì)所采用的滲花型拋光磚，因?yàn)橘|(zhì)地堅(jiān)硬、色彩豐富，集天然花崗巖、大理石、彩釉磚裝飾效果與一身，倍受消費(fèi)者青睞，廣泛應(yīng)用在高級(jí)公寓、寫字樓、星級(jí)酒店、影劇院等高級(jí)場(chǎng)所[2]。

目前我國建筑陶瓷行業(yè)總體上是規(guī)?？偭看?、品種多，但生產(chǎn)技術(shù)落后、產(chǎn)品檔次不高、高附加值的產(chǎn)品少，高檔建筑陶瓷僅占總量的20%左右[3]。大多數(shù)企業(yè)尚沒有形成技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新體系，缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，出口產(chǎn)品中多以貼牌為主，缺乏具有國際影響力的品牌。企業(yè)在國際市場(chǎng)中往往只能通過低價(jià)來獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，比如我國的拋光磚銷售價(jià)格一般只有意大利產(chǎn)品的1/3～1/4，甚至更低[4～6]。在如今節(jié)能減排的號(hào)召下，不少小型陶瓷企業(yè)已經(jīng)紛紛倒閉，面對(duì)嚴(yán)峻的市場(chǎng)形勢(shì)，大型陶瓷企業(yè)可以嘗試提高陶瓷質(zhì)量、降低陶瓷厚度，開放仿古磚、拋釉磚、抗菌陶瓷等一些附加值高的產(chǎn)品，并引進(jìn)噴墨打印、滾筒施釉機(jī)等國外先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，還可以通過先進(jìn)的納米技術(shù)在陶瓷原料中增加一些納米摻雜劑或者一些稀土元素來降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)增韌和加強(qiáng)致密化復(fù)合材料的最大抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和維氏硬度來增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力[7～8]。組成決定性質(zhì)，原料可以影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量，原料車間是陶瓷生產(chǎn)的基礎(chǔ)。原料車間的設(shè)計(jì)原則是保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行和粉料能滿足成形要求[9]。

筆者擬對(duì)年產(chǎn)300萬m2拋光磚生產(chǎn)線原料車間進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。在拋光磚市場(chǎng)上，市場(chǎng)份額最大的還是滲花型拋光磚，但是大多都是些中低端品牌。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是拋光磚原料車間的設(shè)計(jì)，而在整個(gè)陶瓷廠里，原料車間是基礎(chǔ)。原料車間的設(shè)計(jì)工作，其中包括原料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，原料的檢選、清洗和煅燒，原料的破碎和粉碎，攪拌、除鐵及篩分，噴霧造粒及陳腐以及粉料的輸送。目前，陶瓷企業(yè)都采用大型球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，采用噴霧干燥塔進(jìn)行造粒，用噴霧干燥塔制備的粉料含水率小，粒度分布范圍滿足成形要求，因此廣泛應(yīng)用于陶瓷自動(dòng)化生產(chǎn)。

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料為：該廠地處平原地區(qū)，地震震級(jí)在6級(jí)以下，地下水位在8 m以下，主要風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，年平均降雨量為700～900 mm，年平均氣溫為13 ℃，最高溫度38 ℃，最低溫度-8 ℃，霜凍期160 d，廠區(qū)所在地鐵路公路交通方便，水、電、天然氣保證供給。

坯用原料：2種硬質(zhì)原料，2種半硬質(zhì)原料，3種軟質(zhì)原料；燃料為凈化煤氣QD=16 000 KJ/Bm3；燒成溫度1 800 ℃；采用一次燒成，合格品率為98%；坯料灼減量為5%；產(chǎn)量：拋光磚300萬m2/年；產(chǎn)品種類和規(guī)格：產(chǎn)品種類為拋光地板磚，產(chǎn)品的規(guī)格是800 mm×800 mm×10 mm；產(chǎn)品單重：21.5 kg/m2。

1 工藝流程選擇

1.1 選擇工藝流程的原則

進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)最基本的是先要保證產(chǎn)品質(zhì)量要求，在滿足這個(gè)條件的情況下，盡可能簡(jiǎn)化流程，縮短生產(chǎn)周期。工藝流程選擇應(yīng)在一定程度上體現(xiàn)出技術(shù)先進(jìn)性和可靠性，并要注意吸收類似工廠在實(shí)踐中所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)[11]。機(jī)械化與自動(dòng)化是現(xiàn)代陶瓷企業(yè)發(fā)展的方向。選擇流程時(shí)應(yīng)從工廠規(guī)模及當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況出發(fā)，盡可能提高機(jī)械化程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，使建廠后各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)合理。另外，應(yīng)注意到生產(chǎn)調(diào)節(jié)的靈活性，使選用的工藝流程可靠、適用、先進(jìn)、合理。

1.2 選擇工藝的依據(jù)

1.2.1 物料的組成和性質(zhì)

原料的組成和性質(zhì)直接影響原料加工處理的方法。如塊狀硬質(zhì)原料，就應(yīng)加強(qiáng)破碎并對(duì)其粒度進(jìn)行控制；對(duì)于石英等難磨原料，可以進(jìn)行預(yù)處理；對(duì)于軟質(zhì)原料，由于水溶性強(qiáng)應(yīng)該保持干燥[12]，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮室內(nèi)堆放。陶瓷原料中不能含鐵，因此在設(shè)計(jì)過程中球磨機(jī)的襯板和研磨體都不能選用鋼鐵，另外原料和運(yùn)輸過程可能會(huì)摻雜一些鐵雜質(zhì)，所以在球磨后和壓磚前應(yīng)該除鐵。

1.2.2 品種及質(zhì)量要求

產(chǎn)品品種及質(zhì)量要求，直接關(guān)系到原料加工程度、坯料的配方及生產(chǎn)方法。像拋光磚由于滲花深度的要求，那么就需要調(diào)節(jié)好滲花液的溫度和比重；由于拋光磚不施釉，因此對(duì)坯體的白度要求很高，就需要注意原料的精選和除鐵。

1.2.3 工廠規(guī)模及技術(shù)裝備水平

工廠的投資、規(guī)模、品種和技術(shù)裝備情況，也會(huì)影響流程選擇。對(duì)于投資較多的大型工廠企業(yè)，可以采用機(jī)械化水平高的工藝技術(shù)和大型高效的設(shè)備，對(duì)于資金少、勞動(dòng)密度大的企業(yè)，可以適當(dāng)增加場(chǎng)地面積和增加人員素質(zhì)培訓(xùn)。

1.2.4 建廠地區(qū)氣侯條件

建廠地區(qū)氣候也影響工廠的布置，例如工廠的原料車間因該選在下風(fēng)向；在選擇漿池時(shí)應(yīng)該注意地下水可能造成的影響；如果廠區(qū)降水量大，那么在選擇原料庫時(shí)可以適當(dāng)考慮增加原料的存儲(chǔ)天數(shù)；如果廠區(qū)的氣候溫度高，那么泥漿在球磨和噴霧干燥時(shí)適當(dāng)加入減水劑；廠內(nèi)應(yīng)該多配備風(fēng)扇等設(shè)備，加強(qiáng)廠內(nèi)的空氣對(duì)流。

1.3 工藝流程

在陶瓷企業(yè)采用一個(gè)比較好的工藝流程，不僅能減短生產(chǎn)過程，減少過程中物料損耗，還能改善環(huán)境，減少成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，在能保證正常生產(chǎn)的前提下，力求工序最少。根據(jù)在拋光磚企業(yè)的實(shí)習(xí)認(rèn)識(shí)情況和陶瓷工藝學(xué)的知識(shí)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量不降低和生產(chǎn)連續(xù)流暢的情況下，盡量簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，決定采取以下工藝流程見圖1。

圖1 總工藝流程圖

1.4工藝參數(shù)

在陶瓷生產(chǎn)中，任何參數(shù)的確定必須基于生產(chǎn)穩(wěn)定。比如陶瓷原料，外地原料要考慮到運(yùn)輸和原料存儲(chǔ)量之間的關(guān)系，一般選擇存儲(chǔ)2～3個(gè)月；而本地原料，由于運(yùn)輸方便，可以選擇10天到半個(gè)月。陶瓷泥漿的均化、攪拌時(shí)間一般選擇24 h，粉料的陳腐期一般也為24 h,在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮兩天的容量。在穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，力求零損失、零浪費(fèi)。比如燒成合格率，工廠需要控制在97%以上；配料和成形的損失率都需要小于0.5%。還有一些參數(shù)是根據(jù)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，例如泥漿的含水率大致在30%～40%左右；粉料的含水率在7%～8%左右；印花的溫度需要控制在50～60 ℃；磨邊尺寸大概需要10 mm。

根據(jù)陶瓷生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和陶瓷企業(yè)工藝設(shè)計(jì)概論[9]中物料平衡計(jì)算和定額指標(biāo)、工作制度及定員兩節(jié)，結(jié)合筆者理解和認(rèn)識(shí)，以及在陶瓷企業(yè)實(shí)習(xí)收集的資料，確定全廠生產(chǎn)各工段工藝參數(shù)，其主要工藝參數(shù)見表1。

表1 滲花拋光磚主要工藝參數(shù)

2 物料平衡計(jì)算

由于設(shè)計(jì)所用的原料沒有具體給出，那么假定分別為A、B、C、D、E、F、G，其中A、B為硬質(zhì)原料，C、D為半硬質(zhì)原料，E、F、G為軟質(zhì)原料，且A、B、E、F為遠(yuǎn)地原料，C、D、G為本地原料。在這里假定配方中原料配比為A∶B∶C∶D∶E∶F∶G=2∶1∶3∶1∶2∶4∶1，同時(shí)為了方便計(jì)算，硬質(zhì)原料的含水率假定為3%，堆積選擇密度為1.2 t/m3，半硬質(zhì)原料的含水率假定為5%，堆積密度為1.4 t/m3，軟質(zhì)原料的含水率假定為10%，堆積密度為1.5 t/m3。假定泥漿密度為1.70 g/cm3，球磨時(shí)間為11 h，放漿和加料時(shí)間各為1 h。原料的詳細(xì)參數(shù)歸納起來見表2。

表2 原料的詳細(xì)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，年產(chǎn)300萬m2，產(chǎn)品單重21.5 kg/m2，產(chǎn)品的規(guī)格為800 mm×800 mm×10 mm，可以計(jì)算出年產(chǎn)成品總量：

G年=300×10 000×21.5=6.45×107kg根據(jù)陶瓷企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，一年之內(nèi)由于檢修和烘窯，需要停產(chǎn)1～2個(gè)月，這里選擇45 d來進(jìn)行計(jì)算，那么每天的成品產(chǎn)量為：

G天=G年÷(365-45)=6.45×107÷320=2.016×105kg

成品的體積：

V成=0.8×0.8×0.1=0.064 m3

考慮到拋光磚需要磨邊和拋光，根據(jù)表3-2的主要工藝參數(shù)，磨邊、拋光前產(chǎn)品的體積為:

V產(chǎn)=(0.8+0.1)×(0.8+0.1)×(0.1+0.01)=0.0891 m3

假定拋光磚拋光磨邊前后都是均勻長(zhǎng)方體，那么，磨邊拋光之前每天產(chǎn)品的質(zhì)量為：

G產(chǎn)=G天×V產(chǎn)÷V成=2.016×105×0.089 1÷0.064=2.81×105kg

根據(jù)拋光合格率及燒成合格率和燒成酌減，產(chǎn)品入窯前的質(zhì)量為：

G入=G產(chǎn)÷燒成合格率÷拋光合格率÷(1-燒成酌減)=2.81×105÷0.98÷0.98÷(1-0.05)=3.1×105kg

考慮產(chǎn)品在成形、干燥過程中的損失，那么每天需要的粉料質(zhì)量為：

G粉=G入÷(1-成形損失率)÷(1-干燥損失率)=3.1×105÷0.98÷0.98=3.23×105kg

噴霧干燥后的粉料含水率在7%～8%之間，這里取7.5%，而泥漿含水率為32%，在噴霧干燥過程中，由于細(xì)小粉塵不能被收下而隨著尾氣排除以及粉塵粘在噴霧干燥塔避的緣故，物料會(huì)有損失，根據(jù)噴霧干燥損失，噴霧干燥前的泥漿質(zhì)量：

G漿=G粉×(1-粉料含水率)÷(1-噴霧干燥損失)÷(1-泥漿含水率)=3.23×105×0.935÷0.995÷0.68 =4.47×105kg

料漿體積：

V漿=G漿÷料漿密度=4.47×105÷1.70÷1 000=263 m3

根據(jù)干物質(zhì)量守恒，粉料中的干物質(zhì)量應(yīng)該等于原料減去運(yùn)輸及球磨過程中的損失后的干料重量：

G漿×(1-泥漿含水率)=[(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=23 481 kg

每天需要消耗的原料總質(zhì)量為：

G天=(2+1+3+1+2+4+1)X=14×23 481=328 734 kg

那么各種原料的每天消耗量為：

GA=23 481×2=46 962 kg；GB=23 481×1=23 481 kg；GC=23 481×3=70 443 kg；GD=23 481×1=23 481 kg；GE=23 481×2=46 962 kg；GF=23 481×4=93 924 kg；GG=23 481×1=23 481 kg。

3 露天堆場(chǎng)和原料庫設(shè)計(jì)

根據(jù)選擇的各種原料儲(chǔ)備期，這里計(jì)算出各個(gè)原料需要的堆積體積：

V=G天×存儲(chǔ)期÷堆積密度

帶入數(shù)據(jù)：VA=2 348.1 m3；VB=1 174.1 m3；VC=503.2 m3；VD=167.8 m3；VE=1 878.5 m3；VF=3 757.0 m3；VG=156.6 m3。

對(duì)于硬質(zhì)和半硬質(zhì)原料，采用的是露天堆放，在這里設(shè)定堆積墻的高度為H=5m，堆積料倉的寬度統(tǒng)一為D=15m，考慮到裝卸料和翻料的方便，這里取長(zhǎng)度富裕系數(shù)為α=1.3

L=Vα/HD

帶入數(shù)據(jù)：LA=40.8 m；LB=20.4 m；LC=8.8 mm；LD=3.0 m。

原料庫是用來堆放軟質(zhì)原料和均化陳腐好的硬質(zhì)原料，這些原料一般會(huì)立即投入球磨機(jī)進(jìn)行配料粉磨，所以一般采用室內(nèi)堆放方式。選擇原料庫中硬質(zhì)原料的儲(chǔ)備期為10 d。

在這里，同樣取堆積墻的高度為H=5 m，取堆積的寬度為D=10 m，同樣取長(zhǎng)度富裕系數(shù)為α=1.2

由L=Vα/HD

L'A=9.4 m；L'B=4.7 m；L'C=12.1 mm；L'D=4.1 m；L'E=45.1 m；L'F=90.2 m；L'G=3.8 m。

由于E、F占用的長(zhǎng)度過大，不適合放置在球磨工段內(nèi)，選擇將它們挨著露天原料堆放，寬度也取15 m，堆積高度選擇5 m，上面加頂棚，墻高度為7 m。

那么：LE=30.1 m LF=60.2 m。

4 球磨工段設(shè)計(jì)

4.1 球磨機(jī)的計(jì)算和選型

球磨機(jī)是陶瓷企業(yè)的細(xì)碎設(shè)備，無論是在配料還是釉料粉磨過程中，都起到了很好的研磨和混合效果，在陶瓷生產(chǎn)過程中，一般選用間歇性球磨機(jī)[12]。球磨機(jī)球磨方式有濕法球磨和干法球磨2種，因?yàn)闈穹ㄇ蚰ミm合多種物料和添加劑的混合精細(xì)研磨，使瘠性物料與塑性物料攪拌混合均勻，還能在短時(shí)間球磨后即可獲得符合生產(chǎn)要求的粒度和粒度分布范圍的物料，且粉塵少，對(duì)環(huán)境的污染小[13～15]。因此濕法球磨在陶瓷生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)也同樣采用濕法球磨。

由于陶瓷生產(chǎn)原料中不能含鐵，因此球磨機(jī)的襯板不能選用高錳鋼或金屬合金，可以采用高鋁襯板或者是橡膠襯板，因?yàn)橄鹉z襯板質(zhì)量輕、負(fù)荷輕、動(dòng)力消耗小、使用壽命長(zhǎng)、磨球消耗低而且工業(yè)噪音低[11]，因此在這里選用橡膠襯板，對(duì)于研磨體陶瓷廠一般采用陶瓷球，陶瓷球的級(jí)配按照大∶中∶小=5∶1∶4進(jìn)行配合，那么每次加入陶瓷球和水的質(zhì)量：

G球=G天=328 734 kg G水=0.5G天=164 367 kg球磨時(shí)間為11 h，放漿時(shí)間為1 h，加料時(shí)間為1 h，那么計(jì)算球磨機(jī)的總噸數(shù)。

G'=G天×(球磨時(shí)間+放漿時(shí)間+加料時(shí)間)÷24=328 734÷24×(11+2)=178 064 kg從上面的計(jì)算看成，需要的陶瓷球磨機(jī)總的噸位在180 t，考慮到目前國內(nèi)100 t球磨機(jī)產(chǎn)品還不夠成熟，選用60 t球磨機(jī)。

在這里取X=3。考慮到擴(kuò)大生產(chǎn)、球磨機(jī)的檢修和工業(yè)限電，這里60 t球磨機(jī)多選擇2臺(tái)。因此，球磨機(jī)選擇為60 t球磨機(jī)5臺(tái)。且所有相同型號(hào)的球磨機(jī)不是在同一個(gè)時(shí)間開球和停球，這樣可以方便工人喂料和卸料，同時(shí)也可解決同時(shí)啟動(dòng)造成的功率不夠。

根據(jù)選擇，球磨機(jī)的參數(shù)見表3。

表3 所選60 t球磨機(jī)參數(shù)

4.2 喂料機(jī)和輸送皮帶的選擇

由于喂送的物料需要進(jìn)行稱量和進(jìn)行傾斜運(yùn)輸，那么可以選用鏈板式喂料機(jī)，因?yàn)樗軌蜉斔偷牧６确秶?、牽引力大、傾斜角度大可以達(dá)到(+35°)生產(chǎn)能力可達(dá)1 000 m3/h，可靠性高并能保證較均勻的喂料[12]。

因?yàn)檫x擇的都是60 t的球磨機(jī)，由于球磨機(jī)型號(hào)相同、喂料高度一樣，所以只需要一組喂料設(shè)備。喂料機(jī)選擇原則是在加料時(shí)間1 h之內(nèi)可以加滿一個(gè)球磨機(jī)需要的料。

根據(jù)要求，選擇的鏈板式喂料機(jī)型號(hào)如表4所示。

表4 鏈板式喂料機(jī)參數(shù)

對(duì)于選定的喂料機(jī)，長(zhǎng)度為15 m, 寬度為0.8 m，高度3 m，由于沒有給定高度，這里假定高度為3 m，其中料斗的高度為1.5 m。在這里假定輸送皮帶的離地高度為0.5 m。

輸送高度和輸送皮帶的長(zhǎng)度確定：

在球磨機(jī)選項(xiàng)中，對(duì)于選定的60 t球磨機(jī)，直徑為3.9 m，磨機(jī)與地面距離的放漿高度選擇0.6 m，磨機(jī)與上面加料口的高度選擇0.4 m，加料臺(tái)厚度選擇0.015 m，加料臺(tái)上面的水平皮帶運(yùn)輸機(jī)高度假定為0.5 m，傾斜皮帶與水平皮帶的高度距離選擇0.15 m，上面的90°轉(zhuǎn)角漏斗高度為1.2 m。

那么，加料臺(tái)的高度

H加=球磨機(jī)離地高度+球磨機(jī)外徑+球磨機(jī)離加料臺(tái)的高度=0.6+3.9+0.018×2+0.4 =5 m

喂料機(jī)需要輸送物料的高度為：

H=加料臺(tái)高度+加料臺(tái)厚度+轉(zhuǎn)角漏斗高度-喂料點(diǎn)的離地高度=5+0.015+1.2-0.5 =5.715 m

整體高度:

H總=加料臺(tái)高度+加料臺(tái)厚度+轉(zhuǎn)角漏斗高度=5+0.015+1.2 =6.215

在這里取輸送帶的傾角為20°，那么，傾斜皮帶的長(zhǎng)度為

L=H÷cos20°=15.54 m

在這里選擇球磨機(jī)的兩側(cè)支撐架的寬度為0.2 m，兩臺(tái)球磨機(jī)之間的距離為2 m，并且假定球磨機(jī)的加料口在球磨機(jī)的中央，那么加料臺(tái)上面的水平皮帶長(zhǎng)度為：

L=(n-1)l+(n-1)d+2(n-1)a

式中：L——水平皮帶的長(zhǎng)度，m；

n——球磨機(jī)個(gè)數(shù)，個(gè)；

d——相鄰球磨機(jī)之間的距離，m；

a——支撐架的寬度，m。

帶入數(shù)據(jù)：L=45.6 m。即加料臺(tái)上的水平皮帶的長(zhǎng)度為45.6 m。

4.3 漿池的確定

球磨工段的漿池分為2種：粗漿池(也稱半成品漿池)和精漿池(成品漿池)。粗漿池主要用來對(duì)球磨機(jī)放漿進(jìn)行存儲(chǔ)，精漿池用來存放過篩、除鐵后的泥漿。由于球磨機(jī)的放漿不是在同一時(shí)間，因此滾筒篩和除鐵器各選擇2臺(tái)就夠了。粗漿池設(shè)計(jì)的原則是能夠容納一個(gè)球磨機(jī)放漿的體積。為了放漿的方便，選擇每?jī)蓚€(gè)球磨機(jī)共用一個(gè)粗漿池。漿池的深度選擇h=2.5 m。根據(jù)選擇的球磨機(jī)噸位，那么每個(gè)球磨機(jī)每次放漿時(shí)的體積為：

V漿'=G漿'÷ρ=60÷1.7=35.3m3

πr2h=V漿'

這里取直徑d=4.4 m，即3個(gè)高度為2.5 m，直徑為4.4 m的粗漿池。在泥漿放入粗漿池過程中，需要用8目的平板篩來過篩大塊物料和球石。由于有高度差，因此不需要任何動(dòng)力輸送設(shè)備，就直接用凹槽設(shè)備讓泥漿流入粗漿池。

對(duì)于精漿池，由于泥漿需要攪拌、均化24 h，這里假定每次球磨機(jī)放漿之后，泥漿泵能夠在1 h內(nèi)將泥漿抽取到精漿池內(nèi)部，那么，經(jīng)過攪拌、均化24 h后，第三次的泥漿又將馬上抽如精漿池，那么設(shè)計(jì)原則是能夠容納所有的球磨機(jī)(包括備用球磨機(jī))的三次放漿。

V漿"=V漿'×3n=35.3×3×5=529.5 m3

在這里取精漿池的深度為H=4 m，為了能裝下每次放漿的整數(shù)倍，取精漿池的個(gè)數(shù)為5個(gè)，那么

V漿"=nπR2H

這里取直徑為5.4 m，即選擇5個(gè)精漿池，漿池的深度為4 m。

4.4 泥漿泵的選型

陶瓷泥漿是粘稠、固體含量高的流體，在工業(yè)生產(chǎn)中一般采用泥漿泵或者是柱塞泵來實(shí)現(xiàn)泥漿的管道運(yùn)輸。在陶瓷生產(chǎn)中，需要用到泵的地方大致有3個(gè)：第一個(gè)是粗漿池運(yùn)輸?shù)骄珴{池；第二個(gè)是精漿池運(yùn)送到高位漿池；第三個(gè)是高位漿池運(yùn)輸運(yùn)輸?shù)絿婌F干燥塔。

由于粗漿池到精漿池以及精漿池到高位漿池的輸送高度和壓力都不大，所以考慮用泥漿泵來運(yùn)輸。

4.4.1 粗漿池到精漿池的泥漿泵選型

粗漿池到精漿池過程中需要經(jīng)過過篩和除鐵，在這里選擇過80目的滾筒篩，滾筒篩的高度假定為1 m，除鐵機(jī)的高度假定為2 m，選擇的原則是能將漿池內(nèi)部在下一次放漿過程中能將原來的泥漿抽走。根據(jù)上一節(jié)的討論，泥漿泵需要能夠在1 h之內(nèi)將泥漿抽取到精漿池，在這里選擇3個(gè)泥漿泵，即每個(gè)粗漿池一個(gè)一個(gè)柱塞泵，每小時(shí)需要抽取的泥漿體積：

Vh=V漿' ÷1=35.3÷1=35.3 m3

需要的最小揚(yáng)程

h=地面高度+漿池深度=2+2.5=4.5 m

根據(jù)計(jì)算所得，選擇的泥漿泵如下表5所示。

表5 粗漿池到精漿池的泥漿泵

4.4.2 精漿池到高位漿池的泥漿泵選型

同理對(duì)于由精漿池，在這里假定噴霧干燥工段的高位漿池高度為 3m。一般來說，由于精漿池需要源源不斷地向高位漿池輸送泥漿，那么這里選型的原則是能夠在第四次泥漿抽過了之前，將第一次放漿的泥漿抽走，與在下一次放漿前的一小時(shí)能夠全部抽到高位漿池，也就是說能在12 h之內(nèi)將2個(gè)第一次放漿的漿池的泥漿全部抽走，這里選擇5個(gè)泥漿泵，每個(gè)精漿池一個(gè)，那么單個(gè)泥漿泵每小時(shí)需要抽取的泥漿體積為：

VH=V漿'×3÷12=35.3×3÷12=8.825 m3

需要的最低揚(yáng)程：

H=高位漿池高度+泥漿池深度=3+4=7 m

根據(jù)計(jì)算，選擇的泥漿泵型號(hào)如表6所示。

5 噴霧干燥工段設(shè)計(jì)

5.1 高位漿池設(shè)計(jì)

高位漿池用于向噴霧干燥塔里面輸送泥漿，在這里需要用柱塞泵將泥漿以高壓霧化進(jìn)入噴霧干燥塔，高位漿池一般是建立在地面上的，它起到一個(gè)泥漿中轉(zhuǎn)的作用。

在上一章，選定了高位漿池的高度為3 m，那么根據(jù)工廠的經(jīng)驗(yàn)，高位漿池的直徑一般為2～3 m，這里取直徑為3 m，即高位漿池為高3 m，直徑為3 m的圓柱體漿池。

5.2 噴霧干燥塔的設(shè)計(jì)和選型

5.2.1 噴霧干燥塔形狀的介紹

1-熱風(fēng)爐 2-熱風(fēng)管道 3-干燥塔體 4-霧化噴嘴 5-排風(fēng)管道 6 -旋風(fēng)除塵器 7-水浴除塵器 8-排風(fēng)機(jī) 9-粉料振動(dòng)篩 10-柱塞泵 11-電氣控制系統(tǒng)

圖2噴霧干燥工藝原理圖

噴霧干燥塔是一種濕法制粉設(shè)備，廣泛用于在工業(yè)、食品、藥品等制造領(lǐng)域。在建筑陶瓷行業(yè)中，噴霧干燥塔是濕法制粉的關(guān)鍵設(shè)備，從20世紀(jì)80年代開發(fā)成功以來，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑陶瓷墻地磚生產(chǎn)過程中，噴霧干燥塔生產(chǎn)的顆粒粉料，仍然是目前大型壓機(jī)最理想的成形粉料[13]。在陶瓷行業(yè)中應(yīng)用較多的是壓力式噴霧干燥塔，因此本設(shè)計(jì)采用的也是壓力式噴霧干燥塔。

噴霧干燥塔的工作流程是將含水量高達(dá)30%～50%的泥漿，由柱塞泵抽取上來，經(jīng)過霧化噴嘴霧化成50～300 μm的霧滴由下往上噴入塔內(nèi)，同時(shí)熱風(fēng)爐的熱氣流從噴霧干燥塔的頂部從上往下流動(dòng)，泥漿和熱氣流在接觸過程中迅速發(fā)生熱交換，泥漿霧化脫水，被干燥成只含有7%～8%的空心粉狀物料，物料在重力的作用下聚集于塔底，由下面的運(yùn)輸皮帶運(yùn)輸至粉料倉，而熱交換后的氣流則是從干燥塔下方，經(jīng)過收塵器和洗滌塔，最后排入大氣中。整個(gè)系統(tǒng)采用負(fù)壓操作[14]。

5.2.2 噴霧干燥塔的選型

圖3 噴槍角度和噴嘴霧化角度

表7 所選噴霧干燥塔的參數(shù)

在進(jìn)行塔體設(shè)計(jì)之前，先確定一些參數(shù)：

泥漿霧化壓力P，泥漿霧化壓力取1.4～1.5 MPa，過高會(huì)損壞柱塞泵，這里取1.5 MPa。霧化噴槍的角度α，這里選擇120°。霧化噴嘴的霧化角β，一般為90～120°之間，這里選擇90°。

在這里選擇噴霧干燥塔的依據(jù)是能夠?qū)⒕珴{池抽過來的泥漿同步進(jìn)行噴霧干燥。那么，考慮到噴霧干燥塔可能會(huì)進(jìn)行檢修、洗塔等因素，取平均工作時(shí)間為20 h/d，那么需要干燥的泥漿體積為17.65 m3/h，質(zhì)量為30 t。

需要蒸發(fā)的水分量為7.95 t/h。

噴霧干燥塔每小時(shí)最多產(chǎn)生的粉料量為22.05 t。

根據(jù)每小時(shí)需要蒸發(fā)的水量，選擇的噴霧干燥塔參數(shù)見表7。

噴霧干燥塔需要其他一些附屬設(shè)備，包括熱風(fēng)爐、帶式收塵器、沉降室等，這些是噴霧干燥塔的廠家配套，因此這里不做設(shè)計(jì)。

5.3 噴霧干燥塔的節(jié)能

在建筑陶瓷生產(chǎn)過程中，噴霧干燥塔是耗能大戶，如何節(jié)能一直是關(guān)注重點(diǎn)，隨著目前燃料價(jià)格的上漲，能源危機(jī)與激勵(lì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求陶瓷生產(chǎn)過程降低能耗。如何降低噴霧干燥塔的能耗，對(duì)于降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益及促進(jìn)陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。根據(jù)[14～15]可以采取以下方法：

提高熱風(fēng)的進(jìn)塔溫度，降低熱風(fēng)的出塔溫度，提高熱風(fēng)的進(jìn)塔溫度，能夠顯著提高噴霧干燥塔的熱效率。降低熱風(fēng)離塔溫度，可以保證最大限度地用熱風(fēng)干燥泥漿霧滴；降低陶瓷泥漿的含水率，泥漿含水率的減少可以降低氣化需要的熱量，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，可以通過在泥漿中加入減水劑，來最大限度地降低泥漿的含水率；提高泥漿的溫度，提高泥漿的溫度，可以降低泥漿的粘度，改善泥漿的霧化性能，同時(shí)也減少了氣化需要的熱量；同時(shí)可以用熱交換機(jī)利用出塔廢氣來預(yù)熱助燃空氣來降低燃料的消耗。

除了提高熱利用效率，注意加強(qiáng)噴霧干燥塔及其附屬設(shè)備的保溫和熱量損失也能降低噴霧干燥塔的能耗，例如為了減少熱風(fēng)管道的損失，可以在熱風(fēng)管道上加上200～300 mm的保溫層，塔體周圍可以采用保溫棉或珍珠巖粉，為入塔熱風(fēng)配備分風(fēng)機(jī)，確保塔內(nèi)橫截面的熱風(fēng)均勻，定時(shí)檢查風(fēng)管、塔體的保溫層是否完好，塔體內(nèi)壁的焊縫是否開裂，漏風(fēng)現(xiàn)象并及時(shí)補(bǔ)焊，定期檢查排風(fēng)管道、旋風(fēng)收塵器、水浴除塵器的焊縫是否有開裂，并及時(shí)維修。

5.4 輸送皮帶和料倉的確定

選定噴霧干燥塔之后，假定噴霧干燥塔的離地高度為1.5 m，噴霧干燥塔出來的粉料需要過6～8目的滾筒篩，物料過篩后下落到水平皮帶上，然后由波紋皮帶對(duì)物料進(jìn)行運(yùn)輸。最后波紋皮帶卸料在水平皮帶上，由水平皮帶運(yùn)輸?shù)椒哿蟼}。

由于選擇粉料倉的儲(chǔ)備期為2 d，在陶瓷行業(yè)中，粉料的陳腐期一般為24 h，因此粉料倉的設(shè)計(jì)原則只需要保證能夠容納2 d噴霧干燥塔所產(chǎn)生的粉料即可。

噴霧干燥塔每小時(shí)最多產(chǎn)生的粉料量為22.05 t。

假定粉料的堆積密度為1.2 t./m3，那么需要的總的料倉體積為735 m3。

考慮到波紋皮帶運(yùn)輸傾角限制，這里料倉高度取6 m，取8個(gè)粉料倉，料倉的高度為6 m，直徑取4.5 m，同時(shí)為了卸料方便，假定每個(gè)粉料倉下方的錐形卸料口高度為2 m。

粉料倉空間布置用鋼架平臺(tái)支持，在這里假定粉料倉下面的水平皮帶高度為1 m，豎直皮帶的高度為0.7 m，卸料口與水平皮帶之間的高度為0.2 m，那么鋼架平臺(tái)支持的粉料倉的離地高度為:

h=1+0.2=1.2 m

假定假定噴霧干燥塔下方的水平皮帶高度為0.8 m，與波紋皮帶的卸料高度為0.3m，粉料倉上方的水平皮帶的高度也為0.5 m，波紋皮帶與水平皮帶之間的卸料高度為0.3m，那么，波紋皮帶運(yùn)輸?shù)椒哿蟼}的高度為:

H=1.2+6+2+0.3+0.5-0.8+0.3=9.3 m

粉料倉占用的總高度:

H總=h+料倉高度+波紋皮帶與水平皮帶之間的卸料高度+粉料倉上方的水平皮帶的高度=10 m

6 原料車間布置以及全廠面積略算

6.1 露天堆場(chǎng)的布置

為了便于運(yùn)輸和卸料，原料倉在位置選擇上應(yīng)該靠近公路，因此將原料倉設(shè)計(jì)在運(yùn)輸公路旁，與運(yùn)輸公路相平行一字排開，在原料卸料之前需要經(jīng)過地磅稱，公路的寬度假定為5 m。原料庫在選擇上應(yīng)該靠近原料倉，且門開口要方便鏟車運(yùn)輸。為了便于配料，將原料倉放入球磨工段(E、F倉放在外面)，考慮到F的堆積寬度剛好是E的兩倍，為了統(tǒng)一高度和便于土木施工，這里的原料庫取3個(gè)E寬度的堆場(chǎng)?？紤]到卡車運(yùn)輸方便，取露天堆場(chǎng)和原料庫之間的水平和垂直通道的寬度都為6m，這里考慮到門口的值班室和地磅，取20 m。露天堆場(chǎng)的堆墻不與其他墻共用，堆墻與后面的綠化帶之間留0.5 m的距離，對(duì)于所有的墻，取寬度為0.3 m。露天場(chǎng)的面積：3 863 m2。

6.2 球磨工段的布置

球磨工段應(yīng)該緊靠原料庫，為了使得占地寬度不是太大，這里選擇喂料機(jī)物料輸送方向與球磨機(jī)平行，在頂部卸料口可以安裝一個(gè)90°犁口卸料裝置，為了方便鏟車喂料，原料庫與喂料機(jī)之間的寬度為5.5 m。喂料臺(tái)的高度比球磨機(jī)的寬度略寬，這里取4.5 m。為了便于統(tǒng)一控制，把粗漿池3個(gè)泥漿泵和精漿池的5個(gè)泥漿泵開關(guān)集成到一次。喂料臺(tái)與粗漿池之間的距離為1.4 m，粗漿池與精漿池之間的距離為5 m。精漿池與墻壁之間的過道為1 m，假定

那么球磨工段占用的寬度為：38 m。由于選擇的球磨機(jī)支架寬度為0.2 m，球磨機(jī)間距為2 m，選擇球磨機(jī)前后方的離墻高度都為2 m，那么，球磨工段的長(zhǎng)度為：59 m，球磨工段的面積為：2 242 m2。

6.3 噴霧干燥工段布置

噴霧干燥工段由熱風(fēng)爐、風(fēng)機(jī)、高位漿池、柱塞泵、沉降室、噴霧干燥塔、帶式收塵器、大風(fēng)機(jī)、洗滌塔等組成，由于其他都是為噴霧干燥塔服務(wù)的，所以布置時(shí)可以考慮將干燥塔放在中央位置。由于其他的設(shè)備需要噴霧干燥塔的生產(chǎn)公司來確定，考慮到噴霧干燥塔的直徑為14.5 m，那么取噴霧干燥塔工段的寬度和球磨工段的寬度一致為38 m，長(zhǎng)度為20 m，那么噴霧干燥塔工段的面積為760 m2。

6.4 料倉和成形車間

根據(jù)選擇的料倉為8個(gè)，直徑為4.5 m，高度為6 m，料倉采用4個(gè)料倉并排堆放，離墻距離為1 m，在這里取料倉到壓機(jī)口的水平距離為3 m，壓機(jī)的長(zhǎng)度假定為3 m，壓制和刷坯線的長(zhǎng)度這里取10 m，那么成形車間的長(zhǎng)度為：26 m。對(duì)于寬度18 m，在這里取D=20 m，離門方向的墻的距離選擇為1.5 m，那么成形車間的面積為520 m2。

6.5 燒成車間布置

最終成品的尺寸為800 mm×800 mm，已知成品的單重為21.5 kg/m2，那么，每塊轉(zhuǎn)的質(zhì)量為13.76 kg。根據(jù)前面的物料平衡計(jì)算，每天需要的成品質(zhì)量，考慮到拋光合格率98%和燒成合格率98%，那么每天需要的磚塊數(shù)為15 256塊。本設(shè)計(jì)窯的燒成周期為55 min，那么每一窯需要容納的磚的塊數(shù)為583塊。由于磨邊尺寸為10 mm且燒成收縮為10%，那么每塊磚的進(jìn)窯尺寸為1 m。在這里選擇進(jìn)磚方式為3個(gè)一排，那么燒成窯的長(zhǎng)度為195 m。

窯長(zhǎng)195 m，考慮到磚出窯后的尺寸檢測(cè)和窯頭的放磚方便，這里取燒成車間的長(zhǎng)度為205 m，考慮到燒成窯和干燥窯的寬度比較小，那么可以將印花線布置在兩個(gè)窯的中間。

對(duì)于寬度，20 m對(duì)于兩條窯爐和2條印花線來說比較適合，這里取與成形車間一樣為20 m。那么燒成車間的面積為4 100 m2。

6.6 拋光、磨邊打包工段

出窯后的磚由皮帶運(yùn)輸進(jìn)行拋光，這里取運(yùn)輸距離為5 m。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，拋光機(jī)的長(zhǎng)度假定為10 m，兩次磨邊機(jī)的長(zhǎng)度都假定為8 m，拋光機(jī)與磨邊機(jī)之間的距離取2 m，兩個(gè)磨邊機(jī)之間的距離取5 m，同時(shí)假定烘干機(jī)的長(zhǎng)度也為10 m，磨邊機(jī)與烘干機(jī)的距離為2 m。由于上防污劑、變形檢測(cè)和打包的長(zhǎng)度與拋光、磨邊、烘干的長(zhǎng)度相近，為了減少廠房面積，采取在磚烘干后轉(zhuǎn)角180°進(jìn)行上防污劑、變形檢測(cè)和打包。取轉(zhuǎn)向需要的長(zhǎng)度為4 m，那么需要的總長(zhǎng)度為54 m。

寬度取與成形、燒成車間寬度一致，取20 m。那么拋光、磨邊線工段需要的面積為1 080 m2。

6.7 廠房設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)，球磨工段的喂料臺(tái)總高度為6.215，考慮到球磨工段還有原料庫，選擇球磨工段的四邊墻的高度為(與噴霧干燥塔相鄰的強(qiáng)按照高的算)7 m，中間的頂梁高度為11 m；對(duì)于噴霧干燥工段和車型車間，由于料倉的總高度為10 m，那么噴霧干燥和成形車間的四周墻壁高度可以取12 m，中間的頂梁高度取15 m。

頂增加采光，采用井式天窗散熱，車間采光主要用高低窗結(jié)合的形式。由于本車間的跨度較大，屋頂采用梯形鋼屋架，減輕廠房自重，方便建設(shè)。

6.8 廠區(qū)面積略算

考慮到工廠內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)輸，那么在工廠的周圍設(shè)計(jì)寬6 m的環(huán)形公路，另外考慮到廠區(qū)的墻壁和廠區(qū)綠化，在公路兩邊各選擇1 m作為綠化代。廠區(qū)的圍墻寬0.3 m，高4 m，在生活區(qū)這邊的圍墻與建筑物之間留1 m的來建設(shè)水溝排除生活廢水，在其他三方只留0.5 m的圍墻占用寬度。

廠區(qū)總長(zhǎng)度：384 m；廠區(qū)總寬度：77.6 m；廠區(qū)總面積為：29 799 m2。

7 結(jié)論

根據(jù)市場(chǎng)分析，本廠生產(chǎn)中檔滲花拋光磚。從工藝流程設(shè)計(jì)來看，采用簡(jiǎn)單高效的工藝流程。首先是細(xì)顆粒原料進(jìn)行均化，然后是喂料機(jī)配料，配好之后用皮帶把原料運(yùn)送到球磨機(jī)進(jìn)行球磨，磨好的料漿經(jīng)過放漿、過篩、除鐵、均化、漿池、高位漿池等工序，用陶瓷注塞泵噴入噴霧干燥塔造粒，粉料經(jīng)過篩后通過皮帶運(yùn)輸和波紋皮帶運(yùn)輸?shù)椒哿蟼}，粉料經(jīng)過24小時(shí)的陳腐后，運(yùn)輸?shù)綁簷C(jī)給料口。通過壓機(jī)把粉料壓制成磚坯，磚坯經(jīng)運(yùn)輸線運(yùn)送到干燥窯，磚坯經(jīng)過印花線后送入輥道窯，然后通過拋光線加工，最后分級(jí)包裝入成品倉。

原料車間最核心的是進(jìn)行球磨機(jī)選型，因?yàn)楹竺娴牟襟E都是以球磨機(jī)為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的。由于陶瓷生產(chǎn)中不能含有鐵，因此襯板選用橡膠襯板，研磨體采用陶瓷球，而球磨機(jī)內(nèi)部物料的運(yùn)動(dòng)形式復(fù)雜，本設(shè)計(jì)根據(jù)每天需要磨料的噸位并考慮檢修和工業(yè)限電等因素選擇了5臺(tái)60 t球磨機(jī)，查閱資料確定球磨機(jī)的尺寸為3 900 mm×9 000 mm，通過確定球磨機(jī)的產(chǎn)量從而確定漿池的總的容積。粗漿池到精漿池的泥漿泵的最少工作時(shí)間為1 h，能夠保在連續(xù)放漿的情況下，粗漿池的液面穩(wěn)定，球磨機(jī)的球磨周期在12 h，精漿池最少能夠儲(chǔ)備3個(gè)球磨周期的泥漿。保證泥漿攪拌、均化24 h。噴霧干燥塔要能夠在20h內(nèi)將一天內(nèi)球磨機(jī)粉磨的泥漿造粒，而粉料倉則需要對(duì)噴霧干燥塔在一天的工作時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的粉料進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)體積考慮為噴霧造粒的兩倍，保證粉料的24 h陳腐時(shí)間。泥漿泵的選擇則是在下一次放漿之前可以將原來的泥漿抽走。因此本設(shè)計(jì)以每天需要的產(chǎn)量為基準(zhǔn)選擇球磨機(jī)，后續(xù)工作都建立在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上，保證了在最大負(fù)荷下工作的需要，能夠確保原料的持續(xù)供應(yīng)。

根據(jù)球磨工段和粉料倉工段需要寬度的不一樣，本設(shè)計(jì)采用了2個(gè)寬度，即球磨工段和噴霧干燥工段采用41.6 m，成形、燒成、拋光工段采用25 m，這樣不僅可以保證廠區(qū)面積的成分利用，還可以保證設(shè)備的布局緊湊。

由于陶瓷工廠是一個(gè)噪音大、污染大、粉塵大的工作環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用了四周2 m的綠化帶和6 m的公路環(huán)繞的布局，這樣除了保證物料和其他設(shè)備在廠區(qū)內(nèi)的運(yùn)輸，還可以改善工廠的環(huán)境，降低人員心理和生理上的壓抑，讓生產(chǎn)處于高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。