楊高峰

(榆林化工能源學院 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]。而本設計所采用的滲花型拋光磚，因為質(zhì)地堅硬、色彩豐富，集天然花崗巖、大理石、彩釉磚裝飾效果與一身，倍受消費者青睞，廣泛應用在高級公寓、寫字樓、星級酒店、影劇院等高級場所[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)尚沒有形成技術開發(fā)創(chuàng)新體系，缺少具有自主知識產(chǎn)權的產(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)在國際市場中往往只能通過低價來獲得競爭優(yōu)勢，比如我國的拋光磚銷售價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)能減排的號召下，不少小型陶瓷企業(yè)已經(jīng)紛紛倒閉，面對嚴峻的市場形勢，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，并引進噴墨打印、滾筒施釉機等國外先進的技術和設備，還可以通過先進的納米技術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溫度，促進增韌和加強致密化復合材料的最大抗彎強度、斷裂韌性和維氏硬度來增強產(chǎn)品的競爭力[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。原料車間的設計原則是保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運行和粉料能滿足成形要求[9]。

筆者擬對年產(chǎn)300萬m2拋光磚生產(chǎn)線原料車間進行工藝設計。在拋光磚市場上，市場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。本設計主要內(nèi)容是拋光磚原料車間的設計，而在整個陶瓷廠里，原料車間是基礎。原料車間的設計工作，其中包括原料的儲存和運輸，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)都采用大型球磨機進行粉磨，采用噴霧干燥塔進行造粒，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，因此廣泛應用于陶瓷自動化生產(chǎn)。

設計基礎資料為：該廠地處平原地區(qū)，地震震級在6級以下，地下水位在8 m以下，主要風向為北風，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

進行工藝流程設計最基本的是先要保證產(chǎn)品質(zhì)量要求，在滿足這個條件的情況下，盡可能簡化流程，縮短生產(chǎn)周期。工藝流程選擇應在一定程度上體現(xiàn)出技術先進性和可靠性，并要注意吸收類似工廠在實踐中所積累的豐富經(jīng)驗[11]。機械化與自動化是現(xiàn)代陶瓷企業(yè)發(fā)展的方向。選擇流程時應從工廠規(guī)模及當時的實際情況出發(fā)，盡可能提高機械化程度，降低勞動強度。必須進行技術經(jīng)濟分析，使建廠后各項技術經(jīng)濟指標經(jīng)濟合理。另外，應注意到生產(chǎn)調(diào)節(jié)的靈活性，使選用的工藝流程可靠、適用、先進、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，就應加強破碎并對其粒度進行控制；對于石英等難磨原料，可以進行預處理；對于軟質(zhì)原料，由于水溶性強應該保持干燥[12]，所以在設計時應該考慮室內(nèi)堆放。陶瓷原料中不能含鐵，因此在設計過程中球磨機的襯板和研磨體都不能選用鋼鐵，另外原料和運輸過程可能會摻雜一些鐵雜質(zhì)，所以在球磨后和壓磚前應該除鐵。

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)模及技術裝備水平

工廠的投資、規(guī)模、品種和技術裝備情況，也會影響流程選擇。對于投資較多的大型工廠企業(yè)，可以采用機械化水平高的工藝技術和大型高效的設備，對于資金少、勞動密度大的企業(yè)，可以適當增加場地面積和增加人員素質(zhì)培訓。

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向；在選擇漿池時應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可以適當考慮增加原料的存儲天數(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適當加入減水劑；廠內(nèi)應該多配備風扇等設備，加強廠內(nèi)的空氣對流。

1.3 工藝流程

在陶瓷企業(yè)采用一個比較好的工藝流程，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)品競爭力，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)的實習認識情況和陶瓷工藝學的知識，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輸和原料存儲量之間的關系，一般選擇存儲2～3個月；而本地原料，由于運輸方便，可以選擇10天到半個月。陶瓷泥漿的均化、攪拌時間一般選擇24 h，粉料的陳腐期一般也為24 h,在設計時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。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，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)驗和陶瓷企業(yè)工藝設計概論[9]中物料平衡計算和定額指標、工作制度及定員兩節(jié)，結合筆者理解和認識，以及在陶瓷企業(yè)實習收集的資料，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 物料平衡計算

由于設計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，同時為了方便計算，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，球磨時間為11 h，放漿和加料時間各為1 h。原料的詳細參數(shù)歸納起來見表2。

表2 原料的詳細參數(shù)

根據(jù)設計的要求，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，一年之內(nèi)由于檢修和烘窯，需要停產(chǎn)1～2個月，這里選擇45 d來進行計算，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)量應該等于原料減去運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 露天堆場和原料庫設計

根據(jù)選擇的各種原料儲備期，這里計算出各個原料需要的堆積體積：

V=G天×存儲期÷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。

對于硬質(zhì)和半硬質(zhì)原料，采用的是露天堆放，在這里設定堆積墻的高度為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，這些原料一般會立即投入球磨機進行配料粉磨，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 球磨工段設計

4.1 球磨機的計算和選型

球磨機是陶瓷企業(yè)的細碎設備，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[12]。球磨機球磨方式有濕法球磨和干法球磨2種，因為濕法球磨適合多種物料和添加劑的混合精細研磨，使瘠性物料與塑性物料攪拌混合均勻，還能在短時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)中得到了廣泛的應用，本設計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，因為橡膠襯板質(zhì)量輕、負荷輕、動力消耗小、使用壽命長、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，對于研磨體陶瓷廠一般采用陶瓷球，陶瓷球的級配按照大∶中∶小=5∶1∶4進行配合，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球磨時間為11 h，放漿時間為1 h，加料時間為1 h，那么計算球磨機的總噸數(shù)。

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

在這里取X=3?？紤]到擴大生產(chǎn)、球磨機的檢修和工業(yè)限電，這里60 t球磨機多選擇2臺。因此，球磨機選擇為60 t球磨機5臺。且所有相同型號的球磨機不是在同一個時間開球和停球，這樣可以方便工人喂料和卸料，同時也可解決同時啟動造成的功率不夠。

根據(jù)選擇，球磨機的參數(shù)見表3。

表3 所選60 t球磨機參數(shù)

4.2 喂料機和輸送皮帶的選擇

由于喂送的物料需要進行稱量和進行傾斜運輸，那么可以選用鏈板式喂料機，因為它能夠輸送的粒度范圍大、牽引力大、傾斜角度大可以達到(+35°)生產(chǎn)能力可達1 000 m3/h，可靠性高并能保證較均勻的喂料[12]。

因為選擇的都是60 t的球磨機，由于球磨機型號相同、喂料高度一樣，所以只需要一組喂料設備。喂料機選擇原則是在加料時間1 h之內(nèi)可以加滿一個球磨機需要的料。

根據(jù)要求，選擇的鏈板式喂料機型號如表4所示。

表4 鏈板式喂料機參數(shù)

對于選定的喂料機，長度為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度確定：

在球磨機選項中，對于選定的60 t球磨機，直徑為3.9 m，磨機與地面距離的放漿高度選擇0.6 m，磨機與上面加料口的高度選擇0.4 m，加料臺厚度選擇0.015 m，加料臺上面的水平皮帶運輸機高度假定為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，加料臺的高度

H加=球磨機離地高度+球磨機外徑+球磨機離加料臺的高度=0.6+3.9+0.018×2+0.4 =5 m

喂料機需要輸送物料的高度為：

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

整體高度:

H總=加料臺高度+加料臺厚度+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，傾斜皮帶的長度為

L=H÷cos20°=15.54 m

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

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

式中：L——水平皮帶的長度，m；

n——球磨機個數(shù)，個；

d——相鄰球磨機之間的距離，m；

a——支撐架的寬度，m。

帶入數(shù)據(jù)：L=45.6 m。即加料臺上的水平皮帶的長度為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)。粗漿池主要用來對球磨機放漿進行存儲，精漿池用來存放過篩、除鐵后的泥漿。由于球磨機的放漿不是在同一時間，因此滾筒篩和除鐵器各選擇2臺就夠了。粗漿池設計的原則是能夠容納一個球磨機放漿的體積。為了放漿的方便，選擇每兩個球磨機共用一個粗漿池。漿池的深度選擇h=2.5 m。根據(jù)選擇的球磨機噸位，那么每個球磨機每次放漿時的體積為：

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，因此不需要任何動力輸送設備，就直接用凹槽設備讓泥漿流入粗漿池。

對于精漿池，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，那么設計原則是能夠容納所有的球磨機(包括備用球磨機)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，取精漿池的個數(shù)為5個，那么

V漿"=nπR2H

這里取直徑為5.4 m，即選擇5個精漿池，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現(xiàn)泥漿的管道運輸。在陶瓷生產(chǎn)中，需要用到泵的地方大致有3個：第一個是粗漿池運輸?shù)骄珴{池；第二個是精漿池運送到高位漿池；第三個是高位漿池運輸運輸?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個泥漿泵，即每個粗漿池一個一個柱塞泵，每小時需要抽取的泥漿體積：

Vh=V漿' ÷1=35.3÷1=35.3 m3

需要的最小揚程

h=地面高度+漿池深度=2+2.5=4.5 m

根據(jù)計算所得，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能夠全部抽到高位漿池，也就是說能在12 h之內(nèi)將2個第一次放漿的漿池的泥漿全部抽走，這里選擇5個泥漿泵，每個精漿池一個，那么單個泥漿泵每小時需要抽取的泥漿體積為：

VH=V漿'×3÷12=35.3×3÷12=8.825 m3

需要的最低揚程：

H=高位漿池高度+泥漿池深度=3+4=7 m

根據(jù)計算，選擇的泥漿泵型號如表6所示。

5 噴霧干燥工段設計

5.1 高位漿池設計

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，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 噴霧干燥塔的設計和選型

5.2.1 噴霧干燥塔形狀的介紹

1-熱風爐 2-熱風管道 3-干燥塔體 4-霧化噴嘴 5-排風管道 6 -旋風除塵器 7-水浴除塵器 8-排風機 9-粉料振動篩 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備，廣泛用于在工業(yè)、食品、藥品等制造領域。在建筑陶瓷行業(yè)中，噴霧干燥塔是濕法制粉的關鍵設備，從20世紀80年代開發(fā)成功以來，已經(jīng)廣泛應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最理想的成形粉料[13]。在陶瓷行業(yè)中應用較多的是壓力式噴霧干燥塔，因此本設計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)，同時熱風爐的熱氣流從噴霧干燥塔的頂部從上往下流動，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，由下面的運輸皮帶運輸至粉料倉，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。整個系統(tǒng)采用負壓操作[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)

在進行塔體設計之前，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行噴霧干燥。那么，考慮到噴霧干燥塔可能會進行檢修、洗塔等因素，取平均工作時間為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。

噴霧干燥塔每小時最多產(chǎn)生的粉料量為22.05 t。

根據(jù)每小時需要蒸發(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備，包括熱風爐、帶式收塵器、沉降室等，這些是噴霧干燥塔的廠家配套，因此這里不做設計。

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)能一直是關注重點，隨著目前燃料價格的上漲，能源危機與激勵的市場競爭要求陶瓷生產(chǎn)過程降低能耗。如何降低噴霧干燥塔的能耗，對于降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益及促進陶瓷行業(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：

提高熱風的進塔溫度，降低熱風的出塔溫度，提高熱風的進塔溫度，能夠顯著提高噴霧干燥塔的熱效率。降低熱風離塔溫度，可以保證最大限度地用熱風干燥泥漿霧滴；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，同時也減少了氣化需要的熱量；同時可以用熱交換機利用出塔廢氣來預熱助燃空氣來降低燃料的消耗。

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

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，然后由波紋皮帶對物料進行運輸。最后波紋皮帶卸料在水平皮帶上，由水平皮帶運輸?shù)椒哿蟼}。

由于選擇粉料倉的儲備期為2 d，在陶瓷行業(yè)中，粉料的陳腐期一般為24 h，因此粉料倉的設計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。

考慮到波紋皮帶運輸傾角限制，這里料倉高度取6 m，取8個粉料倉，料倉的高度為6 m，直徑取4.5 m，同時為了卸料方便，假定每個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 露天堆場的布置

為了便于運輸和卸料，原料倉在位置選擇上應該靠近公路，因此將原料倉設計在運輸公路旁，與運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。原料庫在選擇上應該靠近原料倉，且門開口要方便鏟車運輸。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E寬度的堆場。考慮到卡車運輸方便，取露天堆場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，對于所有的墻，取寬度為0.3 m。露天場的面積：3 863 m2。

6.2 球磨工段的布置

球磨工段應該緊靠原料庫，為了使得占地寬度不是太大，這里選擇喂料機物料輸送方向與球磨機平行，在頂部卸料口可以安裝一個90°犁口卸料裝置，為了方便鏟車喂料，原料庫與喂料機之間的寬度為5.5 m。喂料臺的高度比球磨機的寬度略寬，這里取4.5 m。為了便于統(tǒng)一控制，把粗漿池3個泥漿泵和精漿池的5個泥漿泵開關集成到一次。喂料臺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。由于選擇的球磨機支架寬度為0.2 m，球磨機間距為2 m，選擇球磨機前后方的離墻高度都為2 m，那么，球磨工段的長度為：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爐、風機、高位漿池、柱塞泵、沉降室、噴霧干燥塔、帶式收塵器、大風機、洗滌塔等組成，由于其他都是為噴霧干燥塔服務的，所以布置時可以考慮將干燥塔放在中央位置。由于其他的設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，直徑為4.5 m，高度為6 m，料倉采用4個料倉并排堆放，離墻距離為1 m，在這里取料倉到壓機口的水平距離為3 m，壓機的長度假定為3 m，壓制和刷坯線的長度這里取10 m，那么成形車間的長度為：26 m。對于寬度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。本設計窯的燒成周期為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%，那么每塊磚的進窯尺寸為1 m。在這里選擇進磚方式為3個一排，那么燒成窯的長度為195 m。

窯長195 m，考慮到磚出窯后的尺寸檢測和窯頭的放磚方便，這里取燒成車間的長度為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窯的中間。

對于寬度，20 m對于兩條窯爐和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輸進行拋光，這里取運輸距離為5 m。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，拋光機的長度假定為10 m，兩次磨邊機的長度都假定為8 m，拋光機與磨邊機之間的距離取2 m，兩個磨邊機之間的距離取5 m，同時假定烘干機的長度也為10 m，磨邊機與烘干機的距離為2 m。由于上防污劑、變形檢測和打包的長度與拋光、磨邊、烘干的長度相近，為了減少廠房面積，采取在磚烘干后轉(zhuǎn)角180°進行上防污劑、變形檢測和打包。取轉(zhuǎn)向需要的長度為4 m，那么需要的總長度為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 廠房設計

根據(jù)設計，球磨工段的喂料臺總高度為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按照高的算)7 m，中間的頂梁高度為11 m；對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。

6.8 廠區(qū)面積略算

考慮到工廠內(nèi)部的物質(zhì)運輸，那么在工廠的周圍設計寬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)總長度：384 m；廠區(qū)總寬度：77.6 m；廠區(qū)總面積為：29 799 m2。

7 結論

根據(jù)市場分析，本廠生產(chǎn)中檔滲花拋光磚。從工藝流程設計來看，采用簡單高效的工藝流程。首先是細顆粒原料進行均化，然后是喂料機配料，配好之后用皮帶把原料運送到球磨機進行球磨，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)過篩后通過皮帶運輸和波紋皮帶運輸?shù)椒哿蟼}，粉料經(jīng)過24小時的陳腐后，運輸?shù)綁簷C給料口。通過壓機把粉料壓制成磚坯，磚坯經(jīng)運輸線運送到干燥窯，磚坯經(jīng)過印花線后送入輥道窯，然后通過拋光線加工，最后分級包裝入成品倉。

原料車間最核心的是進行球磨機選型，因為后面的步驟都是以球磨機為基準進行計算的。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，而球磨機內(nèi)部物料的運動形式復雜，本設計根據(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60 t球磨機，查閱資料確定球磨機的尺寸為3 900 mm×9 000 mm，通過確定球磨機的產(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，球磨機的球磨周期在12 h，精漿池最少能夠儲備3個球磨周期的泥漿。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)球磨機粉磨的泥漿造粒，而粉料倉則需要對噴霧干燥塔在一天的工作時間內(nèi)產(chǎn)生的粉料進行存儲，存儲體積考慮為噴霧造粒的兩倍，保證粉料的24 h陳腐時間。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。因此本設計以每天需要的產(chǎn)量為基準選擇球磨機，后續(xù)工作都建立在球磨機的基礎上，保證了在最大負荷下工作的需要，能夠確保原料的持續(xù)供應。

根據(jù)球磨工段和粉料倉工段需要寬度的不一樣，本設計采用了2個寬度，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，還可以保證設備的布局緊湊。

由于陶瓷工廠是一個噪音大、污染大、粉塵大的工作環(huán)境，本設計采用了四周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備在廠區(qū)內(nèi)的運輸，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)處于高效率運轉(zhuǎn)。