年产200万平方米渗花砖陶瓷工厂设计开题报告--黄亚丽

沈阳化工大学

本科毕业设计开题报告

题 目： 年产200万平方米渗花砖陶瓷工厂设计

院 系： 材料科学与工程学院 ＿ 专 业： 无机非金属材料科学与工程 班 级： 无非0903＿＿＿ 学生姓名： 黄亚丽＿＿＿＿ 指导教师： 马晶＿＿＿＿＿

开题报告提交日期:2013年4月26日

一、文献综述 1.1 建筑陶瓷概述

1.1.1 建筑陶瓷的种类性能及应用

建筑陶瓷[1]是指用于建筑饰面或作为建筑构件的陶瓷制品。建筑陶瓷可分为陶瓷墙地砖、饰面瓦（西式瓦）、建筑琉璃制品和各种陶管。

⑴ 陶瓷墙地砖

指由粘土和其他无机原料生产的板状陶瓷制品，用于覆盖墙面或地面。通常是在室温下通过挤、压或其他成型方法成型，然后干燥，再在满足性能要求的温度下烧成。墙地砖分类：

① 按材质分类

瓷质砖：平均吸水率不大于0.5%，含有一定的玻璃相，透光性较好，断面细腻呈贝壳状。

半瓷质砖：吸水率0.5%～10%，晶相含量比瓷质砖高，玻璃相含量比瓷质砖低，断面呈石状，透光性差，但强度高，热稳定性好，耐腐蚀性较好。

陶质砖：吸水率大于10%，一般小于20%，坯体烧结程度低，玻璃相含量少，断面粗糙，不透光，机械强度较低。

② 按成型方法分类

挤压法：砖坯在可塑状态下于挤压机中成型为泥柱，随后再按预定的砖坯尺寸进行切割而制得的制品。

干压法：将混合好的砖坯粉料在模器中于高压下压制成型所得到的制品。 湿压法：将可塑状态下的泥片放在模器内给予一定的压力，压制成型所得的制品。 辊压法：将可塑状态下的泥料经练泥机制成泥段，泥段在对辊机内压制成所需厚度的泥片，将泥片切割成所需尺寸而制得的制品。

③ 按用途分类

内墙砖：用于内墙装饰的精陶制品，外观质量、尺寸精度都比较高。

外墙砖：吸水率一般小于10%，寒冷地区要求吸水率更小的用于外墙装饰的砖。

地砖：用于地面铺贴的砖。 ⑵ 饰面瓦

指以粘土为主要原料，经混练、成型、烧成而制得的陶瓷瓦，用于装饰建筑物的屋面或作为建筑物构件。饰面瓦分类：

① 按制造方法分类 釉瓦；熏瓦；无釉瓦。 ② 按形状分类

和式饰面瓦：基本形为波形瓦，还有檐瓦、筒瓦、背瓦、盖瓦等异形瓦。 S形饰面瓦：基本形为波形瓦，还有半圆瓦、筒瓦、7寸盖瓦等异形瓦。 ⑶ 建筑琉璃制品

只用于建筑构件及艺术装饰（有强光泽）的色釉陶器。

按用途可分为三类：瓦类（板瓦、滴水瓦、筒瓦、沟头）；脊类；饰件类（吻、博古、兽）。

⑷ 陶管

指用来排输污水、废水、雨水、灌溉用水、碱性废水及其他腐蚀性介质所用的承插式陶质管及配件。

按形状可分为两类；直管和弯管。弯管有30°、45°、60°、90°；90°三通管；Y型三通管；异径管等。

1.1.2 建筑陶瓷行业发展现状

⑴ 规模的发展变化

1921年发展至1949年，全国陶瓷墙地砖年产量为2310㎡速度十分缓慢。[1] 新中国成立后到20世纪70年代末的30年时间里，建筑陶瓷进入了持续发展的阶段。

在20世纪50年代的10年里，建筑陶瓷砖产量迅速增加，生产工艺技术取得了长足的进步，发展至1960年，全国陶瓷墙地砖年产量达到了211万㎡。从1961年到1978年是我国建筑陶瓷工业曲折前进的18年，因“文化大革命”的影响，这期间没有什么大的发展。1978年，全国建筑陶瓷企业只有38家。

进入20世纪80年代，建筑陶瓷工业得到迅猛发展。1980年全国陶瓷墙地砖年产量达到了1216万㎡。1983年，佛山耐酸陶瓷厂从意大利引进中国第一条全自动陶瓷墙地砖生产线。据统计，1991～2003年的10多年时间里，中国的建筑陶瓷产量从2.72亿㎡猛增至32.5亿㎡，平均年增长率为22.9%。2001年建筑陶瓷砖产量超过21亿㎡，约占世界总产量的2/5。2003年，产量达到32.5亿㎡。[2]

⑵ 品种的发展变化

远在商代，我国劳动人民就开始用陶管做建筑物的地下排水道，西周初期已能烧制板瓦、筒瓦。战国初期，开始制作精美的铺地砖、栏杆砖和凹槽砖，还出现了陶井圈。秦代大量营造宫殿，使建筑用砖的生产技术进一步向前发展，无论是制品的品种、质量以及烧制技术都比战国时期前进了一大步。汉代的画像砖，题材广泛，装饰独特。用于建筑装饰的琉璃瓦始于北魏，盛于明清。

1921年我国第一批赴美学习硅酸盐工艺的技术人员回国后，创办了全国第一家生产外墙砖的工程——浙江嘉善地区的泰山砖瓦股份有限公司。1926年二分厂试制成功泰山牌毛面砖（无釉外墙砖）。1939年由民族资本家吴百亨创办了全国第一家生产釉面砖的工厂是温州的西山窑业厂。

新中国成立后到20世纪70年代末的30年时间里，建筑陶瓷进入了持续发展的阶段。进入20世纪80年代，建筑陶瓷工业得到迅猛发展，打破了只生产日用陶瓷的局面，转产或部分转产建筑卫生陶瓷。[1]

⑶ 技术的发展变化 ① 工艺方面

陶器是人类最早的手工业制品，陶器的出现也标志着人类文化开始从旧石器时代跨入新石器时代。最早出现的陶器大都是泥质和加砂红陶、灰陶和夹碳黑陶。河姆渡的夹碳黑陶使用的是含Fe2O3量较低（1.5%～1.8%）的绢云母质粘土，烧成温度为

800～900℃。到新石器时代的晚期，已发展到以彩陶和黑陶为其特色的史前文化。据测定，早期仰韶文化的彩陶其年代距今约6400年。河南仰韶村夹砂红陶器孔隙度27%，莫氏硬度4，氧化气氛烧成。大约开始与公元前4000年，早期以红陶为主，均用手制，彩陶有红、白、黑、赭数种，至中后期使用了陶车，晚期以灰陶为主。从公元前2000年到进入青铜时代的时期，陶器的制作已有较大发展，并有明显的时代风貌，其中最突出的为龙山文化的陶器。龙山黑陶在烧制技术上有了显著进步，它广泛采用了轮制技术，因此，器形浑圆端正，器壁薄而均匀。黑陶中最精致的制品，表面打磨光滑，乌黑发亮，薄如蛋壳，厚度仅1㎜，人称“蛋壳陶”。山东城子崖龙山文化薄胎黑陶，孔隙度15%，莫氏硬度3，通体墨黑，烧成温度1000℃左右。在河南安阳曾发掘出距今约3000年的商代刻纹白陶，后在郑州和辉县都有发现。郑州二里冈殷代硬陶，颜色土红带黄，烧成温度（1180±20）℃，说明陶器的烧成温度不断提高。商代陶器从无釉到有釉，在技术上是一个很大的进步。周代在釉陶方面继承了殷商时代的传统，出土的釉陶数量很多，器形均为豆式，釉色略呈青色。西周张家坡陶碎片中KNaO含量高，达4.79%，烧成温度（1200±30）℃，气孔体积分数7.22%；山西侯马东周釉陶的孔隙度为0.14%，烧成温度（1230±30）℃，胎内结构较细，孔隙较少。两汉是我国陶器制造很发达的时代，这时各地已设置陶工场，大量生产陶器，尤其时釉陶，已发展到很高的水平，釉陶在两汉末年已成为了一种正常的生产。汉代釉陶的釉色有翠绿、赭黄、铜绿、青灰等，基本上都属于铅釉，只是含有不同含量的氧化铜或氧化铁。铅釉的熔融温度低，较适宜于烧成温度不高的陶器。汉代末期的釉陶已向胎质更致密、釉层更光亮、透明而均匀、胎釉结合更好的瓷器过渡。经汉魏至北宋，尤以汉魏南方青瓷为代表，釉面“晶莹明彻，光润如玉”，釉层厚度由0.01㎜增长到0.1㎜左右，并进行通体敷釉。由极薄的釉发展到形成一定厚度并且表明致密光润具有近代瓷感的釉。宋代景德镇湖田、湘湖窑的影青瓷的胎的白度和透明度都很高，瓷器由半透明釉发展到半透明胎。[3]

② 设备方面

改革开放以前，我国建材机械工业十分弱小，附属于几个产瓷区的陶瓷机械厂是在修理厂的基础上发展起来的国有企业，生产设备落后，产品质量低、产量小。 原料制造装备：建筑陶瓷的主要原料制造设备包括：

粉碎机械，如：颚式破碎机、轮碾机、施磨机、雷蒙机、球磨机等。

制浆、制粉机械，如：各种搅拌机、喷雾干燥塔、增湿造粒机等；其他辅助设备，如喂料机、自动称量设备、泥浆泵、振动筛、除铁器等。

以上各类设备已国产化，其中细牙颚式破碎机、30t以下球磨机、6000型以下喷雾干燥塔、直径100～200㎜泥浆柱塞泵及干法造粒机等已达到国际先进技术水平，价格仅为进口设备的1/2左右，国内市场占有率在90%以上。网带式泥浆压滤机，处理能力强，速度快，为陶瓷企业解决了环保问题。目前，我国仅有少数独资或合资企业用进口的原料制造设备。

成型装备：近年来，随着建筑陶瓷市场对高档、精细、大规格墙地砖的需求日益增加，厂家对压机的需求正由小吨位转向大吨位，如2000t以上压机（简称“大吨位压机”）。以前大吨位压机只能进口，1999年，具有世界先进水平的KD3200型国产全自动液压压砖机研制成功，填补了国内大吨位压机的空白，宣布了我国现代陶瓷墙地砖技术装备已全部实现国产化。目前，我国已经能够生产7800t的全自动液压压砖机。

窑炉是陶瓷工业生产的关键设备，在陶瓷工业的发展中起着举足轻重的作用。我国从20世纪80年代初全线引进国外窑炉生产线，通过消化、吸收，现已成为我国建筑陶瓷装备国产化率最高的设备之一。到目前为止，国产辊道窑市场市场占有率已达80%以上，其价格仅为进口设备的50%～60%，主要技术性能指标达到国际先进水平。调查统计资料显示，在我国现仍在生产的2900条建筑陶瓷生产线中，拥有各种类型的窑炉总量为3400座左右，其中辊道窑约1800座，隧道窑约950座，梭式窑约320座，其他窑炉约320座。随着我国陶瓷工业技术的不断进步，以降低生产成本、节省能耗、减少环境污染为发展方向的现代化陶瓷烧成设备将具有较大市场发展空间。 瓷质砖抛光设备：截至2000年底，我国现在仍在生产的2900条建筑陶瓷生产线中，瓷质砖抛光线580条，其中进口线约占30%，大多进口线为1997年以前引进，其余70%为1995年开始投放市场的国产线。在广东地区984条建筑陶瓷生产线中，瓷质砖抛光线有387条，约占全国瓷质砖抛光线总量的70%左右。1992年中国第一台陶瓷磨边机诞生，1994年中国第一台陶瓷刮平定厚机诞生，1995年中国第一台陶瓷抛光机诞生。1996年开始，由以上产品组成的具有国际先进水平的国产陶瓷抛光线开始大量替代进口产品，并以其良好的价格性能比优势，开始小批量出口南美、中

东、东南亚、中国台湾等地。瓷质砖抛光设备的国产化，极大地推动了我国建筑陶瓷抛光砖市场的发展。

对我国瓷质砖生产厂家新建、技改的需求统计分析，我国建筑陶瓷企业1999年对瓷质砖抛光线的总需求量约110条，2000年总需求量为125条。目前，我国建筑陶瓷企业产品结构调整的主要方向是向高档有釉砖或中高档抛光砖调整，厂家对抛光线设备和高水平釉线设备的需求保持着稳定增长的态势。随着陶瓷工业的发展，抛光机不仅用于瓷质砖抛光，还可以用于瓷砖釉面抛光、微晶玻璃抛光。

深加工设备：近年来，为解决建筑陶瓷厂家成品抛光砖破损率居高不下的难题，以及为适应市场对抛光砖时装化、个性化、艺术化的需求，国内外一些具有较强研发能力的机械厂家开发了一些了对抛光砖进行深加工的设备，如水刀切割机、连续切砖机、磨弧开槽机等。据调查数据显示，这种能将成品抛光砖和破损抛光砖切割成高附值拼花系列产品及提高废品利用率的设备，市场发展空间巨大。

智能化自由布料系统：近年来，随着陶瓷墙地砖生产的个性化、时装化、多样化发展，使得二次布料、多管布料设备系统也随之应运而生。目前，这种集计算机控制技术、光感技术、自由布料工艺技术、机械制造技术、CNC技术及图形处理技术等为一体的高科技、创新性产品，正创造着国内建筑陶瓷新的市场需求。[1]

1.2 渗花砖概述

1.2.1 渗花砖的定义和品种规格及性能特点

渗花砖定义：渗花砖是瓷质砖的一种。渗花砖表面颜料的着色机理与通常颜料不同，常用的陶瓷颜料多为固体颗粒，它是附着在制品表面，而渗花砖用的颜料是能制成可溶性的氯化物或硝酸盐，将这些可溶性的着色盐类加入添加剂调成具有一定稠度的印花剂，通过丝网印刷的方法将它印刷到砖坯上。这些可溶性的着色物质（印花剂）随着水分一起渗透到砖坯内部，烧成后即成渗花砖。由于着色物质能渗透到砖坯内部达2㎜，所以虽经抛光仍不会丢失图案。由于渗花砖所用的颜料需要随着制品一起经高温（1200℃）烧成，并且这类颜料需能制成可溶性的盐类，因此可选用的能成色颜料不多，故渗花砖的装饰颜色不算丰富，但其颜色经久不褪色。[2]

瓷质砖分类：按外观可分为：有釉瓷质砖；无釉瓷质砖；抛光瓷质砖；不抛光瓷

质砖。按主要工艺可分为：纯色、渗花、颗粒、微粉、多管。

规格：300×300㎜；300×600㎜；500×500㎜；600×600㎜；800×800㎜；600×1200㎜。

性能特点：瓷质砖从表面到内部，色泽、质地完全相同，产品全部瓷化，结构致密，材质坚硬，不变形，不变色，硬度达到莫氏6级以上，具有很好耐磨色彩经久如新等特点。瓷质砖吸水率低于0.1%，具有良好的抗冻性、抗热震性，对气候环境的适应范围很广。瓷质砖的抗折强度高，达到38MPa以上，理化性稳定，耐酸碱。耐化学侵蚀性好。

1.2.2 渗花砖化学组成范围及各氧化物的作用

⑴ 坯体化学组成范围

表1 坯体化学组成范围[1] 组成 含量（%）

SiO2 64～74

Al2O3 16～24

Fe2O3 0.5～1.5

CaO+MgO 0.5～3

KNaO 4～8

I.L 2.5～7

表2 渗花釉的组成[1] 组成 含量（%）

可溶性化工原料

3～10

增粘剂 25～45

溶剂 50～75

促渗剂

在施釉时喷在坯体表面

⑵ 各氧化物的作用 ① SiO2

SiO2系酸性氧化物，熔点1713℃。它是坯体和釉料的主体，主要由石英、高岭土、长石等原料引入。

SiO2在陶瓷坯体中的主要作用，部分与粘土（或长石）中的Al2O3在高温生成针网状的莫来石（2SiO2·3Al2O3）成为坯体的骨架，以提高成品的机械强度。另一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，填充于骨架之间，从而使成品致密，它能够提高坯体机械强度和制品的透明度，还有一部分未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，变形缺陷。SiO2在烧成和冷却过程会发生晶形转变，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。

SiO2在陶瓷釉料中的作用，主要与长石、滑石、方解石等原料中的碱金属和碱土金属氧化物在高温下生成玻璃物质，并能提高釉面硬度和化学稳定性，降低膨胀系数等。在瓷釉中还可以提高白度。[1][3]

② Al2O3

Al2O3系中性氧化物。它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。

Al2O3在釉料中的作用，是形成釉的网络中间体，既能与SiO2结合，也能与碱性氧化物结合。Al2O3能改善釉的性能，提高化学稳定性、硬度和弹性，并降低釉的膨胀系数。[1][3]

③ Fe2O3

Fe2O3是一种红褐色或猪肝色的着色氧化物，熔点1560℃，因为他的着色作用很强，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%。由于Fe2O3具有较强的助溶作用，能降低坯料的烧成温度。[1][3]

④ 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（CaO·SiO2），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，因他助熔作用强，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。

CaO在釉中的作用，主要与SiO2形成玻璃，降低釉料的成熟温度和高温粘度、增加釉的高温流动性，使釉面光润透明。在还原气氛烧成的条件下，CaO能增强Fe2O3着色。[1][3]

⑤ MgO

MgO也是一种碱土金属氧化物，熔点为2800℃。它与SiO2和Al2O3能够生成熔点较低的堇青石，（2MgO—2Al2O3·5SiO2）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成温度，有的瓷区用镁质粘土代替部分长石作熔剂并借以改善坯料的可塑性，但因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，最好不超过3%，否则，既会降低坯料的透明度，又易引起坯与釉的膨胀系数不合而造成釉面龟裂。

MgO在长石釉中的作用，主要是降低熔融温度和高温粘度，并减小釉的膨胀系数，提高釉的弹性，促使坯釉之间形成良好的中间层，以改善制品的热稳定性，还可以增宽制品的烧成范围，以滑石引入的MgO、能增强釉的乳浊性，提高釉面白度，长石釉配方中一般引入滑石8～13%左右，不宜超过15%，过多不但提高粘度，同时也易产生结晶。而以白云石引入的MgO，则不起乳浊作用。由于滑石对烧成气氛不甚敏感，故不易引起釉面烟熏和发黄。[1][3]

⑥ 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在陶瓷坯体中，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，不足的部分常以长石引入。其用量多少，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，过多则会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%。 K2O和Na2O在陶瓷釉料中的作用，主要是与SiO2和Al2O3形成长石质玻璃，以降低釉料的熔融温度和高温粘度，提高釉面的透明度和光泽度。但Na2O的熔融作用和高温流动性又比K2O强。由于K2O和Na2O的膨胀系数比坯釉中的各种氧化物都

大、如引入过多不仅会降低制品的热稳定性，还可能引起有釉面龟裂，尤其是Na2O的含量较高时更为显著，因此Na2O在釉中的含量最好小于2%。[1][3]

1.2.3 原料的种类和作用及原料分布

⑴ 坯用原料种类

坯用原料有可塑性粘土、硬质粘土、瘠性原料、矿化剂、熔剂，引入SiO2的原料有石英、高岭土、长石等，引入Al2O3的原料有高岭土、瓷土或长石，引入CaO的原料方解石、石灰石、白云石，引入MgO的原料有滑石，镁质粘土，白云石，引入K2O的原料有钾长石，引入Na2O的原料有钠长石。

⑵ 釉用原料种类

釉用原料由增粘剂、着色剂、助渗剂、溶剂等组成。

⑶ 各原料在陶瓷中的作用

① 粘土（可塑性原料）在陶瓷中的作用

粘土的可塑性时陶瓷坯泥赖以成形的基础。粘土可塑性的变化对陶瓷成形的品质影响很大，因此选择各种粘土的可塑性，或调节坯泥的可塑性，已成为确定陶瓷坯料配方的主要依据之一。

粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。这是陶瓷注浆泥料与釉料所必备的性质，因此选择能使泥浆有良好悬浮性与稳定性的粘土，也是注浆配料和釉浆配料中的主要问题之一。

粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。这可在坯料中结合其他瘠性原料并使坯料具有一定的干燥强度，有利于坯体的成形加工，另外细分散的粘土颗粒与较粗的瘠性原料相结合，可得到较大堆积密度而有利于烧结。

粘土是陶瓷坯体烧结时的主题，粘土中的Al2O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结温度、烧结温度和软化温度的主要因素。

粘土是形成陶器的主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。粘土的加热分解产物和莫来石晶体是决定陶瓷器主要性能的结构组成。莫来石晶体能赋予瓷器以良好的力学强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。

② 石英（瘠性原料）在陶瓷生产中的作用

在烧成前是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。

在烧成时，石英的加热膨胀可部分的抵消坯体收缩的影响，当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分熔解于液相中，增加熔体的粘度，而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。

在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。

在釉料中二氧化硅使生成玻璃质的主要组分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与粘度，并减少釉的热膨胀系数。同时它是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。

③ 长石（熔剂原料）在陶瓷生产中的作用

长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料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。

熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒。液相中SiO2和Al2O3互相作用，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。

长石熔体能填充与各结晶颗粒之间，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。

在釉料中长石使主要熔剂。

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。

④ 碳酸盐类熔剂原料

用于釉料中可以增加釉的硬度与耐磨度；增加釉的抗腐蚀性；降低釉的高温粘度与增加釉的光泽度等优点。

⑤ 镁硅酸盐类原料

滑石在陶瓷工业中用途范围很广，可以生产白度高，透明度好的高档日用陶瓷产

品、电瓷及特种陶瓷制品。建筑卫生陶瓷坯料中加入滑石后，可以降低烧成温度，扩大烧成范围，提高产品的半透明与热稳定性。滑石加入到釉料中时，能够防止釉面的开裂，增加釉料的乳浊性，并能扩大釉料的烧成。[3]

⑷ 釉用原料的选择 ① 着色剂的选择

着色剂是渗彩釉中发色的原料，着色剂的选用原则是尽可能选用溶于水但不水解的可溶性金属盐类，且在高温下发色稳定。

② 增粘剂的选择

增粘剂的作用是保证着色化合物迅速渗入坯体中而不洇开。可供选择的增粘剂有：甘油、糖浆、蓖麻油、机油、松节油、生粉等。

③ 促渗剂的选择

印花后的半成品坯体，只有在坯体表面喷施一定量的促渗剂后，釉中呈色的金属离子才能通过渗透作用进入坯体，最终获得一定深度的渗彩图案，促渗剂通常用水货水溶液。促渗剂的作用在于呈色金属离子与之经过络合反应后，使不易在坯体中渗透的呈色离子变得易于渗透，其实质在于改变呈色离子的结合形态，使呈色元素渗透作用得到明显增强，促使釉渗入的厚度增加，由1～2㎜增加到3～4㎜。可供选择的有Na2CO3、NaOH、KNO3、K2CO3等配成pH值为6～8的水溶液，或用去离子水。

④ 溶剂的选择

一般渗彩釉所用的溶剂为水。[1] ⑸ 各原料的分布情况 ① 粘土

全国已经探明的陶瓷粘土矿床达到180余处。其中高岭土矿床，湖南占全国的29%，其次有江苏、广东、江西、辽宁、福建等省，探明的储量均达到1000万吨以上。福建省龙岩发现了我国目前最大的高岭土矿，其储量高达5400万吨。瓷石的储量以江西和湖南最多，湖南醴陵马泥沟的储量达到1亿吨。陶土的储量中以新疆为最，

仅塔士库一地陶土矿储量就达到1.7亿吨。另外还有吉林、江苏、江西等省集中了全国75%的陶土储量。

② 石英

石英在地球上储量多，在陶瓷工业中属于非可塑性陶瓷原料，可用于陶瓷产品的坯体、釉料等配方。我国优质石英资源储量丰富，以湖南、江西、河北、福建等省最丰富。它们通常以水晶、脉石英、石英岩、石英砂岩、石英砂、燧石、硅藻土、海卵石及粉石英等形式存在。石英的化学成分主要是二氧化硅。

③ 熔剂原料

通常指能够降低陶瓷坯釉烧成温度，促进产品烧结的原料。陶瓷工业常用的熔剂原料有长石钾长石、钠长石、方解石、白云石、滑石、萤石、含锂矿物等。我国长石资源分布于江西、湖南、福建、广西、广东、河南、河北、辽宁、内蒙等地。

④ 碳酸盐类熔剂原料

作为主要的陶瓷熔剂原料，碳酸盐类熔剂原料品种非常多。它们有碳酸钙、方解石、大理石、白云石、菱镁矿碳酸镁、石灰岩等。碳酸盐类熔剂原料在我国分布面积很广。如方解石、石灰石，我国各地均有出产。石灰岩分布我国北方河北、内蒙、山西、陕西与大西南的四川、云南、广西、贵州等省区；出产方解石的地区有湖北鄂西咸丰、江西萍乡与景德镇、湖南湘潭；菱镁矿的主要产区集中在辽宁海城与营口，储量占全国80%以上，约为世界产量的四分之一。此外山东、河北、四川、甘肃、西藏、青海都产出菱镁矿原料。碳酸盐类熔剂原料的主要成分碳酸钙在陶瓷坯釉料中主要是发挥熔剂作用。尤其在陶瓷面砖中，使用石灰石、方解石、大理石，其用量在5～15%之间。

⑤ 镁硅酸盐类原料

产地有辽宁、山东、内蒙、广西、湖南、云南等地。该类原料主要有滑石、蛇纹石及镁橄榄石。

1.2.4 渗花砖的生产工艺流程[1][4]

⑴ 生产工艺流程图

原料 喷水2 辊道窑 储存 球磨 添加剂 色料 抛光 质检 包装 入库 印花 喷水1 扫灰 干燥窑 压机 过筛 皮带输送机 料仓 皮带输送机 压头机仓 喷雾塔 柱塞泵 伺服罐 过筛 柱塞泵 泥浆池 喂料机 皮带输送机 球磨机 过筛 除铁 ⑵ 生产工序及设备简介 ① 坯料生产工序及设备 a 喂料机

喂料机俗称给料机，喂料机可分为链板式喂料机、皮带式喂料机、仓储式喂料机、圆盘喂料机、螺旋喂料机、自动喂料机、振动喂料机。喂料机广泛应用于冶金、煤炭、化工、建材、轻工、玻璃、食品、粮食、烟草、磨料、磨具等领域。

b 皮带输送机

带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线

c 球磨机

球磨是利用磨球在筒状磨机内翻滚、打击，使物料变成细粉的工艺设备。

球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业，可分为干式和湿式两种磨矿方式。根据排矿方式不同，可分格子型和溢流型两种。

d 过筛

将已被粉碎的固体物料，放在各种不同孔径的筛面上进行振动或摇动，使各种不同粒径的颗粒分离开来。陶瓷厂常用的筛分机有摇动筛、回转筛、振动筛。

摇动筛是利用曲柄连杆机构使筛面作往复直线运动。根据筛网的支持形式，摇动筛分分为悬挂式及滚轮式两种。滚轮式摇动筛，由于滚轮磨损大，操作时有噪声，因此很少使用，而多使用悬挂式摇动筛。

回转筛按筛面形状可分为圆筒筛、圆锥筛和多角筛等。回转筛由于筛面仅作回转运动，在筛分时物料与筛面之间的相对运动很小，使相当大一部分细粒分层停留在上层，没有被分离出去，即本来可以筛下去的细粒由于分层浮在上面而没有能够筛下去，所以筛分效果较差。回转筛的转速不能太快，否则物料会紧贴在转筒的内壁上而失去筛分作用。

振动筛的筛面除发生偏移运动外还发生上下振动。由于这种筛振幅小、振频高，增加量物料与筛面的接触与相对运动，防止了筛孔的堵塞，故其筛分效率高。振动筛不适于筛分水分高、粘性大的物料，因为受振动后颗粒间容易粘结成团，影响筛分。

e 除铁

坯釉料中含铁杂质有金属铁、氧化铁及含铁矿物，它们来自原矿、机器磨耗及环境污染。原矿中的含铁矿物有黑云母、普通角闪石、磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、菱铁矿等。原料中的铁质矿物可采用选矿法与淘洗法除去，但这仅对粗粒原料较为有效，对细粉状的原料则可用磁铁分离器进行磁选。利用含铁物料具有一定的磁性，在磁场中受到磁化而被磁铁吸住，从而和非磁性物料分离。

目前我国陶瓷工业所用干法除铁设备有电轮式磁选机、滚筒式磁选机和传送带式磁选机等。由于物料与磁极间均存在间隙，因此，干式磁选机实际有效磁场强度很低，只有在薄层料流的情况下对强磁性铁矿物有效，而其磁选效率仍很低。

在湿法除铁中，一般采用过滤式湿式磁选机。操作时现在线圈中通入直流电，使

带筛格板的铁芯磁化，泥浆由漏斗进入，然后在静水压的作用下，由下往上经过筛格板，含铁杂质被吸住，而净化的泥浆由溢流槽流出。由于泥浆通过筛格板时，呈薄层细流状，因此，湿式磁选机的除铁效果比较好。[3]

f 泥浆均化

泥浆经过过筛除铁流入泥浆池，在泥浆池中泥浆进行不断的搅拌均化，这是为了使泥浆组成更均匀，改善泥浆流动性能，增加后期制成的泥料的可塑性，提高坯体强度，减少成型、烧成时的开裂。

g 伺服罐和柱塞泵

伺服罐用于贮存泥浆，柱塞泵用于混浆。 h 喷雾造粒

为了干压和半干压成形的需要，将细磨后的陶瓷粉料制备成具有一定大小的团粒坯料，这个过程称为造粒。造粒方法主要有传统造粒法、喷雾干燥造粒、大颗粒造粒、干法制粉造粒等。

喷雾干燥塔主要由泥浆输送、供给、雾化系统，热风发生、输送系统，干燥系统，粉料收集系统，尾气净化系统组成。

i 料仓陈腐

经过细磨后的坯料（包括可塑坯料、注浆坯料、干压坯料），陈放一段时间后可使水分均匀，提高性能，工艺上称为陈腐。陈腐的作用：经压滤得到的泥饼，其水分和固体颗粒的分布很不均匀，同时含有大量空气，不能直接用于可塑成形。经过一段时间的陈放，可使泥料组分趋于均匀，可塑性提高。球磨后的注浆料放置一段时间后，粘度降低，流动性增加，空浆性能也得到改善。同样，造粒后的压制坯料在密闭的仓库里陈放一段时间，可使坯料的水分更加均匀。[3]

j 压制成形

制备好的粉料将送入压机工序，通过模具布料后，再对其粉料施加一定压力，这样粉料就被压制成砖坯。需要注意的是，压制成砖坯过程中，一定要保证粉料质量要求以及压机的正确操作过程，否则会直接影响砖坯的质量。

压砖机主要分为八孔盘式压砖机、震动砌块机和全自动液压压砖机三种。八孔盘现已落后，震动砌块机和全自动液压压砖机占据主要市场。震动砌块机是利用机械震动从而实现制做砖的设备，全自动液压压砖机是利用液压系统产生的高压成型而生产

砖的。

k 干燥窑干燥

压制成型后，砖坯的强度很差，由于砖坯的水分含量很多，要经过干燥窑是把砖坯中的自由水蒸发掉，一方面可以提高坯体强度，减少坯体损坏，可避免废品进入印花和烧成工序，造成不必要损失；另一方面还可以避免含水率较高的砖坯入窑烧成时，由于水分剧烈蒸发导致坯体开裂。

干燥设备可分为立式干燥窑、连续式干燥窑、多层干燥窑。

立式干燥窑是应用比较广泛的干燥设备，它占地面积小，干燥小规格的墙地砖具有较高的效率。

连续式干燥窑是将从压机出来或施釉后出来的砖坯直接进入干燥窑，干燥窑直接加在烧成窑之前，外观相似，成为窑炉的一部分。

多层干燥窑是由窑头排队器、窑尾收集器及若干干燥单元组成。每个干燥单元都是独立的，即单独的温湿调节、通风量调节、单独热风炉。[1]

l 喷水

压制成型的坯体在上釉前需要喷水。

其作用是： 使坯温降低到施釉所需要的温度，打通坯面上的毛细孔；加强坯、釉结合性，减少生产缺陷。如缩釉。

m 渗花

渗花是采用丝网印花等方法，借助可溶性着色剂渗入坯体中进行彩饰的方法。坯体渗花用液体色剂都是具有着色作用的可溶性盐类。渗花用的彩料是由色剂加一些辅助材料组成，可直接用于渗花装饰。通常对渗花色剂要求是：具有着色作用的可溶性无机盐类；在高温烧成中呈色稳定；对干坯和丝网没有太大的腐蚀性。[3] n 辊道窑烧成

烧成过程就是将成形后的生坯在一定条件下进行热处理，经过一系列物理化学变化，得到具有一定矿物组成和显微结构，达到所要求的理化性能指标的成坯。

辊道窑是当前陶瓷工业中优质、高产。低能耗的先进窑炉，非常适合于建筑陶瓷的低温快速烧成，在我国建筑陶瓷领域得到广泛应用。辊道窑断面呈扁平形，制品一般为单层焙烧，基本上不存在上下温差，辊上下还能同时加热，并且制品不装匣钵，传热速率加快，窑内断面温度均匀，能够大大缩短烧成时间，保证快速烧成的实现。

辊道窑广泛采用新型轻质筑炉耐火材料，并且取消了窑车和匣钵，仅用薄垫板，建筑瓷砖还大多不用垫板，热耗大为降低。辊道窑属中空窑，窑内阻力小，压降也小，因而窑内正、负压都不打，加上辊道窑无曲封、车封、砂封等空隙，因而窑体密封性能好，减少漏风，从而大大提高了热利用率，由于没有窑车吸热，也没有车下漏风，保证了窑内上下温度的均匀。

此外，辊道窑机械化、自动化程度高，不仅降低了工人的劳动强度，还保证了产品质量的稳定。而且辊道窑能与前后工序连城完整的连续生产线，大大提高了生产效率。[1]

o 磨边抛光

在磨边工序中，严格规定瓷砖的尺码和对角线必须符合公司的内控标准，要求精度非常高，对操作人员的技术要求也很高。

进入抛光工序。抛光又分为粗抛、中抛、精抛三个步骤，也就是将用于抛光的磨块由粗到细排列，将经过铣平的瓷砖表面逐步研磨成具有光泽度并呈现出砖坯原有的纹理。

p 分级包装入库

由分检人员检测产品的平整度、尺寸，合格产品包装入库。 ② 釉料生产工序及设备 a 色料添加剂的选择

对进厂的化工原料按照釉料要求进行筛选。 b 球磨

将配好的化工、色料、辅料加一定量的水后进行球磨，一般球磨6-8小时，具体时间根据据釉料细度来确定。 ⑶ 工艺参数

球磨万孔筛余小于0.5%，过筛除铁（80目～120目)，泥浆池均化大于48h，料仓陈腐（48～72h）粒度（20～80目占85%）含水率（5～9%）。

二、设计任务与设计内容

本设计的主要任务是年产200万平方米渗花砖陶瓷工厂的设计，设计的主要内容为800㎜×800㎜的渗花砖，吸水率低于0.1%，硬度达到莫氏硬度6级以上。

三、设计方案

1、 厂址选择及全厂总平面设计； 2、 物料平衡计算与工艺设计； 3、 设备选型；

4、 各车间工艺设计与布置；

5、 绘图，包括：工艺流程图、工厂总平面、车间工艺布置面图

四、进度安排

2月25日～3月10日 查阅文献资料，进行设计前期准备工作，开题 3月11日～3月24日 毕业实习 3月25日～5月19日 设计计算 5月20日～6月2日 绘图

6月3日～6月16日 撰写设计说明书，修改图纸 6月17日～6月23日 准备毕业设计答辩 6月24日～ 毕业设计答辩

参考文献

［1］ 石棋，李月明主编.建筑陶瓷工艺学［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2009：1-203

［2］ 同继峰等著.建筑卫生陶瓷（第二版）［M］.北京：化学工业出版社，2005：11

［3］ 李家驹主编.陶瓷工艺学［M］.北京：中国轻工业出版社，2005：3-488

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