年产15万吨无釉砖工艺设计.doc
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1、 工艺设计工艺设计 课程设计课程设计(论文论文)设 计(论 文)题 目设 计(论 文)题 目 年 产年 产 1515 万 吨 无 釉 砖 的 工 艺 设 计万 吨 无 釉 砖 的 工 艺 设 计 学 院 名 称学 院 名 称 材 料 与 化 学 化 工 学 院材 料 与 化 学 化 工 学 院 专 业 名 称专 业 名 称 材 料 科 学 与 工 程(无 机 非 金 属 方 向)材 料 科 学 与 工 程(无 机 非 金 属 方 向)学 生 姓 名学 生 姓 名 学 生 学 号学 生 学 号 任 课 教 师任 课 教 师 设 计(论 文)成 绩设 计(论 文)成 绩 年产量年产量 1515 万
2、吨无釉砖的工艺设计万吨无釉砖的工艺设计 摘要 根据课程设计的要求,从工厂生产规模、经济效益及市场情况等方面出发,设计了一个年产量 15 万吨的无釉砖生产线,力求工厂的工艺流程适应性高、设备安全可靠、经济合理、技术先进。利用已知原料,详细的进行了计算了配方的计算,对于本厂的产量进行物料衡算,根据工艺流程进行设备选型和计算。工厂车间包括原料加工车间、成型车间、烧成车间,其中本文重点介绍了论述了成型车间工艺和设备的选择。全自动液压机生产产品质量优异,生产效率高。四层辊道式干燥器占地面积小,合理利用辊道窑余热,节约能耗。辊道窑烧成,效率高,无釉砖强度高。关键词:无釉砖;成型车间;工艺流程;物料衡算;配
3、方设计 The annual output of 150,000 tons of process design unglazed tiles ABSTRACT According to course design requirements,in terms of scale factory production,economic and market conditions starting,designed with an annual capacity of 150,000 tons unglazed tile production line,to high adaptability to
4、the plant process equipment safe,reliable,economical,advanced technology.Using known materials were calculated in detail the calculation formula for the factorys production accounting for material,equipment selection and calculations carried out according to the process.Factory floor including raw m
5、aterials processing plant,molding workshop,firing workshop,which discussed the paper focuses on the selection process and equipment molding workshop.Automatic hydraulic machine manufacturing high-quality products,high production efficiency.Four roller dryer small footprint,the rational use of roller
6、 kiln waste heat,save energy.Roller kiln firing,high efficiency,high intensity unglazed tiles KEYWORDS:Unglazed tiles;Molding workshop;Process;Material balance;Formulation 目录 摘要.ABSTRACTABSTRACT.前言.第一章 设计任务书.1 1.1 设计题目.1 设计题目:年产量 15 万吨无釉砖的工艺设计.1 1.2 设计依据.1 1.2.1 设计参数.1 1.2.2 设计依据.1 1.3 设计内容及要求.2 1.3
7、.1 设计内容.2 1.3.2 设计要求.2 2.工艺设计说明书.2 2.1 生产方法的选择.2 2.2 坯料配方的确定与计算.3 2.3 生产工艺流程选择及论证.5 2.3.1 设计的基本思想.5 2.3.2 工艺流程的确定.5 2.3.3 坯料制备方法的选择.6 2.3.4 成型方法的选择.7 2.3.5 干燥方法的选择.7 2.3.6 烧成方法的选择.8 2.4 主要工艺参数、定额指标及车间工作制度的选择.8 2.4.1 主要工艺参数、定额指标.8 2.4.2 车间工作制度的选择.9 2.5 物料平衡计算.9 2.6 设备选型及计算.11 2.6.1 设备的选择原则及考虑因素.11 2.
8、6.2 成型设备类型选择.12 2.6.3 成型主机设备的计算.13 2.6.4 干燥设备的选择和计算.15 2.7 车间工艺布置.16 2.7.1 成型车间布置的原则.16 2.7.2 成型车间布置.16 2.8 结束语.17 参考文献.18 前言 根据课程设计的设计题目,年产 15 万吨无釉砖的工厂设计,从设计原则、设计依据、设计原理出发,参考国内外文献及生产水平,目的设计一个现代化大规模,机械化程度高,自动化程度高的大厂。同时考虑到无釉砖生产原料全为粉体原料,从工人角度出发,采用湿法制备坯料,减少粉尘污染,降低对工人身体的损害。技术上,选择先进的设备,一是能提高生产效率和品质,二是能减少
9、人力的投入,减少耗费体力的工序。从各个方面减少工厂的投资,提高工厂效益。成型选择全自动液压机,高效低耗。干燥选择四层辊道式干燥器,利用了辊道窑的余热,降低能耗。一次烧成,成品质量控制好。整体的工艺流程简单,高效,安全,可靠。第一章 设计任务书 1.1 设计题目 设计题目:年产量15万吨无釉砖的工艺设计 1.2 设计依据 1.2.1 设计参数(1)生产的产品与规格见表 1.1 (2)原料与配方,坯料的化学计量式(物质的量)为:0.7631SiO2Al2O30.0464MgO0.0445CaO0.0578Na2O 坯料各组成的摩尔质量如表 2.2 所示 表 1.2 坯料各组成的摩尔质量(g/mol
10、)化学组成 Al2O3 MgO CaO SiO2 Na2O 摩尔质量 102 40.3 56 60 62 (3)矿物原料及其化学组成(质量分数)如表 表 1.3 矿物原料及其化学组成(质量分数)化学组成(质量分数)工业氧化铝 滑石 碳酸钙 辽宁膨润土 钠长石 SiO2 63.5%26.5%60.5%Al2O3 100%58.5%25.7%CaO 56%CO2 44%MgO 31.7%Na2O 13.8%H2O 4.8%14%表 1.1 生产的产品与规格 产品名称 规格型号 年产量(万吨)成品单重(Kg/块)无釉砖 300*300 15 1.5 1.2.2 设计依据(1)参考在几个厂家的实习学习
11、经验,并结合本设计的要求进行本次设计。(2)查阅相关资料,查阅相关研究成果作为本次设计的依据。(3 再生产质量合格的情况下,充分利用原料简化流程,缩短生产周期,同时提高产品质量,并注意引进先进技术的实用性和稳定性。1.3 设计内容及要求 1.3.1 设计内容 设计的内容包括:配方的设计和计算、工艺流程的选择及论证、主要工艺指标确定、物料衡算、设备选型及衡算等。重点设计成型车间。1.3.2 设计要求 设计要求为:(a)保证产品质量,提高产品档次;(b)节约投资,保证经济效益;(c)节约能源;(d)注意改善工人工作条件,降低工人劳动强度;(e)设计过程中严格执行国家方针、政策、标准和规范。2.工艺
12、设计说明书 2.1 生产方法的选择 本设计是为年产量 150 万吨的无釉砖的工厂设计,首先工厂年产量大,规模很大,其次无釉砖结构简单,形状规则。在通过分析目前国内外同等产品发展情况及市场销售状况,查阅大量文献,参考国内外的先进生产方法,选用先进的技术水平及合理的工艺流程,将工厂设计为现代化大规模的机械化、自动化程度高的工厂。采用电子配料、间歇式球磨机、喷雾干燥塔造粒、陶瓷液压自动压砖机、四层辊道式干燥、抛光、磨边倒角的方法生产品质高的无釉砖。生产中处理方法简述如下:(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
13、浆在浆池中陈腐后经柱塞泵入喷雾干燥塔制得半干压粉料。(4)陶瓷液压自动压砖机进行半干压成型。(5)四层辊道式干燥器干燥。(6)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。2.2 坯料配方的确定与计算 已知坯料的化学计量式(物质的量)为 0.7631SiO2Al2O30.0464MgO0.0445CaO0.0578Na2O,以及所用矿物原料的组成,根据坯料的化学计量式及各组成的摩尔质量求出各组成的化学组成(质量百分数)。计算见表 1.1 表 2.1 坯料各组成的摩尔质量(g/mol
14、)化学组成 Al2O3 MgO CaO SiO2 Na2O 合计 摩尔质量 102 40.3 56 60 62 质量 102 1.8699 2.492 45.786 3.5836 155.7315 质量分数(%)65.4973 1.2007 1.6002 29.4006 2.3011 99.9999 根据坯料各化学组成(质量百分数)及原料的化学组成(详见表 1.2),采用逐项满足的方法,求出各种原料的引入质量,计算过程见表 1.,3 表 2.2 矿物原料及其化学组成(质量分数)化学组成(质量分数)工业氧化铝 滑石 碳酸钙 辽宁膨润土 钠长石 SiO2 63.5%26.5%60.5%Al2O3
15、100%58.5%25.7%CaO 56%CO2 44%MgO 31.7%Na2O 13.8%H2O 4.8%14%表 2.3 坯料配料计算 坯料组成%SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O 29.4006 65.4973 1.6002 1.2007 2.3011 第一步,引入碳酸钙1.6002/56%=2.8575 1.6002 余 29.4006 65.4973 0 1.2007 2.3011 第二步,引入滑石 1.2007/31.7%=3.7877 2.4052 1.2007 余 26.9954 65.4973 一 0 2.3011 第三步,引入钠长石2.3011/13.8%=1
16、6.6746 10.0881 4.2854 2.3011 余 16.9037 61.2119 一 0 第四步,引入辽宁膨润土 16.9037/26.5%=63.7875 16.9037 37.3157 余 0 23.8962 一 最后,引入工业氧化铝 23.8692/100%=23.8692 23.8692 余 一 表中引入原料的总量为 2.8575+3.7877+16.6746+63.7875+23.8692=110.9756,化为所用原料的质量百分比为:(碳酸钙)=%5749.2%1009756.1108575.2(滑石)=%4131.3%1009756.1103.7877(钠长石)=%0
17、255.15%1009756.11016.6746(辽宁膨润土)=%4769.57%1009756.11063.7853(工业氧化铝)=%5085.21%1009756.11023.8692 2.3 生产工艺流程选择及论证 2.3.1 设计的基本思想(1)工艺设计的基本原则为:1.安全可靠,经济合理,技术先进 2.合理的选择工艺流程和设计指标 3.为生产挖潜和发展留有余地 4.合理考虑机械化、自动化装备水平 5.注意环境保护,减少污染 6.要考虑其他专业设计的要求,并为其提供可靠资料(2)工艺流程的选择依据为:1.原料的组成和性质 2.产品品质及质量要求 3.工厂规模及技术装备水平 4.建厂地
18、区气候条件 5.半加工实验 2.3.2 工艺流程的确定 本工厂生产无釉砖,综合考虑,确定工艺流程为:原料进厂基泥配料球磨过筛除铁泥浆池喷雾干燥造粒过筛入仓陈腐成形干燥烧成抛光磨边倒角检选分级包装入库 2.3.3 坯料制备方法的选择 设计采用湿法制备原料的方法,湿法制备粉料的工艺流程为:原料配料球磨过筛除铁泥浆池喷雾干燥塔入仓陈腐成型 湿法制坯料相比干法制坯料的投资大,虽然能耗大,但制备的粉体排气性好,组成均匀,更适用于粉料的制备。尤其是工人的工作环境和粉料的质量较好。具体过程为,通过输送带将泥砂料装入球磨机内,加入水和其他添加剂。根据泥浆细度要求设定球磨时间至一定的细度测浆确定是否合格。泥浆水
19、份、细度达到标准后放浆过筛、除铁进入浆池内陈腐备用。通过柱塞泵压力将达到工艺要求的泥浆,压入干燥塔中的雾化器中,雾化器将泥浆雾化成细滴,在热风作用下干燥脱水制成一定颗粒级配的粉料。通过过筛对粉体颗粒进行级配筛分,使粉体达到粒度和水分的合格要求。通过喷雾干燥后的粉料有一定的温度,且水份也不均匀,所以粉料一般需陈腐 24 小时后使用。2.3.4 成型方法的选择(1)选择成型工艺的原则 陶瓷产品种类繁多,形状相差悬殊,坯料性能不一致,所以生产中成型方法是多种多样的。坯体成型的好坏很大程度上决定了产品质量的好坏。在设计中一般是根据制品的形状、大小、厚薄、质量、泥料性质、技术及设备条件和经济效果等因素来
20、确定成型工艺。选择成型工艺的原则是:1.尽可能选用先进的工艺和技术,减少工序,缩短生产周期,提高生产效率,降低原料、材料、燃料消耗,改善劳动条件,但必须切实可行。2.在满足制品加工要求条件下,成型生产流程应力求单一化,即不同规格或品种的产品应可能采用相同的工艺流程,以利于安排生产计划和生产调度。(2)成型方法的选择 陶瓷器件传统成型方法有可塑成型、注浆成型以及压制成型。可塑成型是通过胶态原料制备、加工,从而获得一定形状的陶瓷配体。具体可分为雕塑、拉坯、印坯、旋坯、滚压、塑压等,广泛应用于日用陶瓷制造。注浆成型适用于制造各种形状复杂且不规则、外观尺寸要求不严格,壁薄及大型厚胎的异形制品。注浆成型
21、法工艺简单,但劳动强度大,生产周期长,不易实现自动化生产。压制成型根据含水率不同可分为干压成型和半干压成型。适用于成型形状规则,尺寸严格要求,体积不大的制品。压制成型产品的形状尺寸准确,质量高。另外,成型过程简单,生产量大,便于机械化的大规模生产,对具有规则几何形状的扁平制品尤为适宜,主要应用于釉面砖,墙地砖,锦砖及低压电瓷等制品1。半干压法具有以下优点:(a)半干法成型砖坯成型后和干法后坯体强度大。在装卸、运输、装窑时不易变形、掉角、压裂,外观质量边角整齐,外形规整。尺寸误差小。(b)半干法成型砖坯含水分少、干燥收缩率小(c)由于半于法成型砖坯成型后坯体体积密度大,在相同的烧成温度和烧成工艺
22、条件下成品的抗压强度、抗折强度、耐磨性等物理性能更为优越2。此工厂生产年产量 15 万吨的无釉砖,年产量大,且无釉砖形状简单、规整,需要现代化大规模的成型方式,故选择半干压成型。2.3.5 干燥方法的选择 干燥是借助热能是坯料中的水分汽化并有干燥介质带走的过程。对于陶瓷坯件来说,干燥过程尤为重要,其目的是排除坯体中的水分,同事赋予坯体一定的干燥强度,满足搬运以及后续工序的要求。干燥方法有自然干燥法和人工干燥法。自然干燥法是将湿坯置于露天或室内的场地上,借助风吹日晒的自然条件使坯体干燥的方法。自然干燥成本低,但干燥速率慢,产量低,劳动强度大,收气候影响大,不适用于大规模的工业化生产。人工干燥法也
23、称机械干燥法,是将湿坯放在专门的设备中进行加热,是坯体的水分蒸发而干燥。相对于自然干燥法,机械干燥法的干燥速率快,产量大,不收气候条件限制,便于实现自动化,适用于工业化生产。机械干燥法又可细分为热空气干燥、电热干燥、辐射干燥及综合干燥等。其中热空气干燥中按干燥设备分为 箱式干燥、链式干燥、隧道式干燥、辊道窑传送干燥喷雾干燥,热泵干燥等3。其中辊道式传送干燥与辊道式窑炉一体化,可以实现生产自动化,既提高效率又降低能耗和过程损耗。佛山市摩德娜机械有限公司在四层辊道式干燥器的应用推广中比较了四层辊道式干燥器与其他传统干燥设备的对比(详见表 2.1),可以明显看出,四层辊道式干燥器具有干燥速度快、效率
24、高,成品合格率高,产品缺陷少,能耗低,占地面积小,节省场地,自动化程度高的优点4.综上所述,从各个方面考虑,本设计采用多层辊道式干燥,即提高产品质量的同时又提高经济效益。表 2.4 干燥设备参数对比 项目干燥方式 干燥周期/h 干燥合格率/%耗电/(kwh/kg)蒸发水用热量/(kcal/kg)耗天然气/(m3/kg产品)设备占地面积/m2 优缺点 室式烘房+微波干燥 36 70 0.095 4348 0.059 600 周期长、合格率低、单位能耗高、占地面积大 进口隧道式干燥器 22 92 0.046 1607 0.026 714 周期长、合格率低、单位能耗高、占地面积大 四层辊道式干燥器
25、3 98 0.059 229 0.020 179 周期短、合格率高、能耗低、占地面积小 2.3.6 烧成方法的选择 陶瓷品种的不同,采用的烧成工艺和烧成制度不同,选用的窑炉类型也不同。国内釉面砖一般采用二次烧成,卫生瓷,墙地砖,锦砖等一般采用一次烧成,外墙砖一次烧成二次烧成均可采用,电瓷、日用瓷为一次烧成。辊道式窑炉是将坯体放在辊子上,利用辊子的转动,是坯体在运动过程中完成整个烧成过程。辊道式窑炉已逐步取代隧道窑,推板窑成为墙地砖烧成的主要烧成设施。辊道窑内温度均匀,坯体上下和横向温差小,可上下同时加热产品,受热均匀。辊道窑不用窑车等耐火材料,减少热量损失,单位产品的燃料消耗大大降低。此工厂生
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