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年產(chǎn)5萬噸鎂鉻磚生產(chǎn)車間設計
摘 要
在鋼鐵工業(yè)，繼之在玻璃，水泥等行業(yè)的熱工設備上廣為采用，鎂鉻系耐火材料成為了最重要的堿性耐火材料。鎂鉻磚屬堿性耐火制品，以方鎂石和鎂鉻尖晶石為主晶相，在氧化氣氛中于1600~1800℃燒成，也可用水玻璃等化學結合劑制成不燒磚，主要包括直接結合鎂鉻磚、半再結合鎂鉻磚以及普通鎂鉻磚等。其中的普通鎂鉻磚耐火度高、抗堿性爐渣侵蝕性強、熱震穩(wěn)定性優(yōu)良、高溫結構強度高。本設計的主要產(chǎn)品為直接結合鎂鉻磚，其中MGe-8的產(chǎn)量為20000噸， MGe-12的產(chǎn)量為30000噸。本設計敘述了鎂鉻磚耐火材料的使用條件及其生產(chǎn)工藝理論基礎，輔助原料的要求、加工處理方法、產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程、物料平衡計算結果、生產(chǎn)設備的選型計算以及生產(chǎn)技術檢查系統(tǒng)的說明和本設計主要特點。
關鍵詞：耐火材料；鎂鉻磚；生產(chǎn)工藝；設備選擇
The design of 50,000 tons magnesium-chromium brick’s workshop
Abstract
In the steel industry, followed by the glass, cement and other industries widely used thermal equipment, magnesia chrome refractories has become the most important basic refractories. Magnesia-chrome brick is alkaline refractory products to periclase and magnesium chrome spinel-based crystalline phase, firing in an oxidizing atmosphere at 1600 ~ 1800 ℃, water glass can also be made without chemical binders brick, mainly including direct binding magnesia-chrome brick, magnesia-chrome brick semi-combined and magnesium chrome ordinary bricks. One of ordinary magnesia-chrome brick high refractoriness, anti alkaline slag erosion resistance, excellent thermal shock resistance, high temperature structural strength. The main product of this design is directly bonded magnesia-chrome brick, which yields MGe-8 was 20,000 tons, production MGe-12 was 30,000 tons. This design describes the theoretical basis for the use of the conditions and production processes, auxiliary materials requirements magnesia-chrome refractory bricks, the selection method of calculation processing, production processes, material balance calculations, production equipment and production technology inspection system the description and the design of the main characteristics.
Key words : Refractory material；Magnesium-Chrome brick；Productive technological process； Equipment selection
目 錄
1 緒論 1
1.1 鎂鉻磚的發(fā)展歷史及其應用 1
1.1.1 鎂鉻磚的發(fā)展歷史 1
1.1.2 鎂鉻磚的組成應用及性能 2
2 工藝部分 3
2.1 工藝的理論基礎 3
2.1.1 直接結合磚的性質 3
2.1.2 鎂鉻磚性能的影響因素 3
2.1.3主要材料和動力來源 4
2.1.4 破粉碎 5
2.1.5 篩分 5
2.1.6 物料的貯存 6
2.1.7 配料 6
2.1.8 混練 7
2.1.9 成型 7
2.1.10 干燥 9
2.1.11 燒成 10
2.1.12 成品倉庫 11
2.1.13 除塵 11
2.1.14 廢水處理 12
2.1.15 噪聲防治 13
2.2 工藝流程 13
2.2.1 工藝流程簡述 13
2.2.2 工藝流程論證 14
2.3 工藝參數(shù) 14
2.4 物料平衡計算 15
2.5 生產(chǎn)設備 18
2.6 倉庫設施 20
3 檢查系統(tǒng)的說明 22
3.1 檢查內容 22
3.2 檢查方法 22
3.3 檢查制度 23
4 車間安裝檢修與維護措施 24
5 生產(chǎn)車間除塵及安全措施 25
6 本設計的主要特點 26
致謝 27
參考文獻 28
附錄 29
年產(chǎn)5萬噸鎂鉻磚生產(chǎn)車間設計
1 緒論
1.1 鎂鉻磚的發(fā)展歷史及其應用
1.1.1 鎂鉻磚的發(fā)展歷史
中國的耐火材料發(fā)展歷史悠久，中國在4000多年前就使用雜質少的粘土，燒成陶器，并已能鑄造青銅器。東漢時期（公元25～220）已用粘土質耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。耐火材料的工藝20世紀50年代以前都是采用單一耐火原料制造的，50年代以后都采用了復合工藝。1935年，開始穩(wěn)定生產(chǎn)燒成的或者化學結合不燒成的MgO-Cr2O3磚。在鎂砂- 鉻礦配合的耐火材料，高溫體積穩(wěn)定性好，對溫度急變不敏感，高溫強度大；同時由于他們的化學性質呈堿性，被迅速的推廣應用。特別是含鎂砂約55%-65%和鉻礦約45%-35%的MgO-Cr2O3磚先后經(jīng)過約20年的發(fā)展，便迅速的取代了平爐和電爐中的許多產(chǎn)品。
大約在1955年以后，美國、英國和歐洲各國迅速往堿性平爐爐頂過渡，1959年完成了直接結合MgO-Cr2O3磚的首批研究工作，至1962年，直接結合MgO-Cr2O3磚投入了市場。
目前，耐火材料泛指應用于冶金、石化、水泥、陶瓷等生產(chǎn)設備內襯的無機非金屬材料，耐火材料工業(yè)生產(chǎn)各種成分的含鉻堿性耐火材料，已有鎂鉻質、電熔鉻尖晶石質、鉻橄欖石等許多制品。但是自80年代后期以來世界上的MgO-Cr2O3系耐火材料的使用量卻下降了，這種現(xiàn)象的直接原因是在生態(tài)學上有害的CrO3形成于耐火材料的相界，在鉻礦與堿、CaO、BaO和SiO2等氧化物接觸時，Cr 3+ →Cr 6+的轉變在空氣中在空氣中加快，它對人們的健康有害。因此，都主張限制甚至取消MgO-Cr2O3系耐火材料的生產(chǎn)和應用。不過，正如第33 屆國際耐火材料研討會所指出的，對于爐外精煉用耐火材料來說，最耐侵蝕的耐火材料依然是鎂鉻磚。此外，有色冶金（特別是銅冶煉工業(yè)）用耐火材料除了MgO-Cr2O3系耐火材料之外，目前，尚無更始和的取代材料。因此，MgO-Cr2O3耐火材料仍然是耐火材料工業(yè)中一種重要的材料[1]。
1.1.2 鎂鉻磚的組成應用及性能
鎂鉻磚適合在高溫，渣蝕和溫度急劇變化的條件下使用，和鎂鋁磚的使用條件相似，主要適用于水泥回轉窯燒成帶、過渡帶和玻璃熔窯蓄熱室，亦可用于有色冶金爐、煉鋼電爐、轉爐以及混鐵爐、真空裝置，但不宜使用在氣氛頻繁變動的條件下。表1.為產(chǎn)品
的理化指標。
表1.1 產(chǎn)品的理化指標
項目
wt%
顯氣孔率/%
體積密度/g/cm3
常溫耐壓強度/MPa
荷重軟化開始溫度
（0.2MPa）
MgO
Cr2O3
MGe-8
≥60
≥8
≤19
≥3.0
≥35
≥1650
MGe-12
≥50
≥12
≤18
≥3.0
≥35
≥1700
2 工藝部分
2.1 工藝的理論基礎
鎂鉻磚的生產(chǎn)鎂鉻磚是以鎂砂和鉻礦為原料制成的。在配料中控制MgO含量占60-70% ，Cr2O3含量在8-12%，,這種制品的穩(wěn)定性良好，耐火度大于2000℃,是偏堿性的高級耐火材料。
鎂鉻磚的生產(chǎn)工藝，從原料的破粉碎和篩分，各組分粒級配料，混練，成型，到半成品的干燥與燒成與鎂磚、鎂鋁尖晶石磚的生產(chǎn)工藝基本相同。
一般來說，采用高純鎂砂和鉻礦作為原料生產(chǎn)的MgO-Cr2O3磚，其組成屬于MgO-Cr2O3-Al2O3-Fe2O3-CaO-SiO2系統(tǒng)，它的技術性能取決于該系統(tǒng)中各組分的特性和比例，而它的組成和結構既取決于原料的性能又取決于燒成條件（特別是燒成溫度）。在鎂鉻磚中引入不同添加劑，可有效的提高常溫和高溫強度的作用。例如引入在方鎂石中溶解度小的添加劑，易于形成很多的次生尖晶石，這種尖晶石對制品的直接結合程度和強度，尤其高溫強度有顯著貢獻，并對改善其抗熱震性起有利作用[2]。鎂質耐火材料的CaO/SiO2也是決定鎂質耐火材料礦物組成和高溫性能的關鍵因素。
2.1.1 直接結合磚的性質
（1）熱機械性質：隨著燒成溫度的進一步提高，蠕變降低速度變慢。另外，它顯示出在熱態(tài)抗折試驗中，燒成溫度對斷裂時間有顯著的影響。在任何試驗溫度下，燒成溫度越高，斷裂所需的時間就越長。
（2）可提高抗渣性，尤其是增強對鐵氧化物的抗?jié)B透作用。在某種程度上這是由于直接結合磚的氣孔率較低的緣故，也可以認為是由于固一固結合的存在而產(chǎn)生的這種結合不受來自熱面的液體擴散所影響。直接結合磚與硅酸鹽結合磚有不同的高溫體積穩(wěn)定性和吸收鐵氧化物的爆脹穩(wěn)定性。
2.1.2 鎂鉻磚性能的影響因素
(1) 鉻礦和鎂砂配比
當鉻礦與鎂砂配比為50：50時，制品具有最高的熱震穩(wěn)定性， 隨著鉻礦或鎂砂比例的增大或減小，熱震穩(wěn)定性都降低。當鉻礦含量過高時，制品在1650℃下抵抗鐵氧化物作用的能力會顯著降低。鉻礦顆粒能與Fe3O4形成固溶體，引起體積的急劇膨脹，致使制品產(chǎn)生爆脹現(xiàn)象。配料中鉻礦的含量越高，爆脹現(xiàn)象越嚴重。配料中鎂砂含量提高，能增強制品的抗渣能力，目前鎂鉻質平爐頂?shù)陌l(fā)展趨勢是提高配料中的鎂砂含量[3]。
(2)氣氛性質
在還原氣氛下緞燒鎂鉻質耐火材料時，細粉鎂砂中的MgO置換粗顆粒鉻礦中尖晶石的FeO的固相反應在650℃開始，體積收縮約為24.3%。這樣大的體積收縮必然產(chǎn)生燒成裂紋。在氧化氣氛下鉻礦中的FeO于500℃開始即被氧化成Fe2O3，形成(Fe2Cr)2O3固溶體。體積收縮1.5%，而且在氧化氣氛中由MgO置換出來的FeO氧化成Fe2O3,隨即與MgO結合成鐵酸鎂，這兩個反應的總體積膨脹只有6.6%，據(jù)此鉻鎂質耐火材料應該在弱氧化氣氛下燒成[4]。
2.1.3主要材料和動力來源
(1)進場原料均由外地固定礦山供給
(2)進場原料，燃料質量均應符合部頒標準或國家標準并應按品種級別分別使用
(3)紙漿廢液由紙漿庫供給
(4)電力由配電廠輸送
(5)壓縮空氣，蒸汽分別由空氣站，鍋爐房供應
(6)煤氣或重油由本廠煤氣站或重油庫供應
(7)生產(chǎn)或生活用水由廠上水上系統(tǒng)供應，生活污水有廠內下水系統(tǒng)排放
原料的技術指標
表2.1 原料的技術指標
原料名稱
牌號
MgO
%
SiO2
%
CaO
%
Cr2O3
%
Fe2O3
%
灼減
%
體積密度 g/cm3
顆粒組成mm
高純鎂砂96
≥96.0
≤2.2
≤2.0
-
-
≤0.2
≥3.34
0~50
鉻礦A
10
1.75
0.34
45.44
27
≤0.3
≥3.5
20～50
2.1.4 破粉碎
實驗和理論計算表明，單一尺寸顆粒組成的泥料不能獲得致密的坯體。因此，塊狀原料經(jīng)檢選后必須進行破粉碎，以達到制備泥料的粒度要求。
MgO-Cr2O3磚的生產(chǎn)過程中，將原料從200mm 左右的大塊物料破粉碎到2.5~0.088mm的粉料，采用連續(xù)粉碎作業(yè)，并根據(jù)破粉碎設備的結構和性能特點，使用相應的設備。在此采用顎式破碎機、圓錐破碎機、等對原料進行粉碎作業(yè)。
圖2.1 鄂式破碎機 圖2.2 流程圖
破粉碎工藝流程通常有兩類，即開流式和閉流式。其示意圖如2.2所示。開流式的優(yōu)點是流程簡單，原料只通過破碎機一次。缺點是動力消耗大，生產(chǎn)效率低，且生產(chǎn)細粉過多，不利于提高制品的質量。閉流式的優(yōu)點是粉碎效率較高，易于達到顆粒度的要求。缺點是流程復雜，需要很多的附屬設備。通常原料的破碎采用開流式，而粉碎采用閉流式。
2.1.5 篩分
原料破粉碎后粗中顆?；煸谝黄稹榱双@得符合規(guī)定尺寸的顆粒組分，需要進行篩分。篩分是將粉碎物料通過單層或多層篩子按其尺寸大小不同分成若干粒度級別的過程。物料的篩分也是物料的分級。耐火材料生產(chǎn)過程中，物料的級配是關鍵，關系到產(chǎn)品質量的好壞，而級配必須進行物料分級，這是篩分的目的之一。
篩分過程中，通常將通過篩孔的物料稱為篩下料，殘留在篩孔上粒徑較大的物料稱為篩上料，在循環(huán)粉碎作業(yè)中，篩上料一般通過管道重返破碎機進行再粉碎。本設計的主要篩分設備是振動篩，其篩分效率高達90%。
原料篩分時，篩網(wǎng)孔徑選擇主要根據(jù)臨界粒度要求而定。一般要比臨界粒度稍大些，同時也要考慮到篩子的傾斜度。生產(chǎn)實踐表明，當篩子的傾斜角度在15 度時，網(wǎng)孔直徑應比臨界粒度約增大10%；傾斜角為20 度時，則增大15%左右；傾斜角為25 度時，要增大25%左右。通常振動篩的傾斜角為15度--20 度，最大不超過25度[5]。
2.1.6 物料的貯存
原料經(jīng)破粉碎、細磨、篩分后，一般存放在貯料倉內供配料使用。粉料在貯料槽中并不是單一粒度，而是由各種大小顆粒組成的。當物料進入料槽時，粗細顆粒開始分層，粗的顆粒滾到料槽的周邊，細粉在卸料口中央部位。當物料卸料時，中間料先從卸料口流出，四周料下沉，而且分層流向中間，后從卸料口流出，從而造成顆粒偏析現(xiàn)象。
目前，生產(chǎn)中解決貯料倉顆粒偏析的方法主要有以下幾種：
⑴ 對粉料進行多級篩分，使同一料倉內的粉料粒級差值小些；
⑵ 經(jīng)常保持料倉內粉料在三分之二容積以上；
⑶ 增加注料口，即多口上料，以減少加料時料倉內的分層現(xiàn)象或減少料倉截面積；
⑷ 中央孔管法。在料倉中設一多方有孔的管子，物料通過多個“窗口”從不同高度、不同方向進入料倉。
⑸ 采用小容積的壁呈曲線狀的料倉，減少料倉下部各截面的等截面積差，以減少偏析和料倉內的棚料現(xiàn)象[6]。
2.1.7 配料
耐火材料的配料是將各種不同品種，組分和性質的原料以及將各級粒度的熟料顆粒按一定比例進行配合的工藝。各種原料的配合是為了獲得一定性質的制品。粒度的配合是為了獲得最緊密堆積的或特定粒狀結構的坯體。坯料的顆粒組成對坯體的致密度有很大的影響。欲使多級不同粒度的顆粒組成的堆積體密度得到提高，必須使粗顆粒中的空隙全部由細顆粒填充，而細顆粒中的空隙全部由更細的顆粒填充，如此逐級填充即可獲得最緊密堆積。只有符合緊密堆積的顆粒組成，才可能獲得致密的坯體。
本設計采用配料車自動配料系統(tǒng)，即若干種物料排成一排，配料車依次開到物料出口處接料，設定當好的各種物料均配完后，配料車開到卸料口處卸料，此系統(tǒng)可實現(xiàn)半自動和全自動配料[7]。
2.1.8 混練
混練是將合理配合的各種物料準確稱量后，制成各組分、各種粒度均勻分布的泥料，并使泥料中各種物料實現(xiàn)結合良好的加工過程。因物料的組分、粒度、結合劑的不同，混練過程也不同。固體散狀物料的混合過程決定于許多因素：混合速度及混合設備的結構、各組分的比例和堆積密度及混合物的水分等。混練時的加料順序對于泥料混合的均勻性影響很大。先加入粗顆粒料，然后加紙漿廢液，混合1~2 分鐘后，再加細粉。
坯料的配比合適，混練質量好，才能獲得質量好的坯料。混煉質量好的坯料應該是：（1）各個成分均勻分布；
（2）坯料的結合性應得到充分的發(fā)揮；
（3）空氣充分排出；
（4）再粉碎程度小。
MgO-Cr2O3 磚使用濕碾機混練，混練時間達20~25 分鐘左右?；炀殨r間太短，會影響泥料的均勻性；而混練時間太長，又會因顆粒的再粉碎和泥料發(fā)熱蒸發(fā)而影響泥料的成型性能。因此，要嚴格控制混料時間。
2.1.9 成型
成型是指借助于外力和模型將坯料加工成規(guī)定尺寸和形狀的坯體過程。成型方法很多，傳統(tǒng)的成型方法按坯料的含水量來分可分為半干法、可塑法和注漿法。經(jīng)成型后的磚坯，由于其中各種物料間的機械結合力、靜電引力及摩擦力，使磚坯的形狀保存下來，并具有一定的強度。成型設備有摩擦壓磚機，液壓機等。由于液壓機操作過程中油的粘度隨溫度而變化，引起工作機構的不穩(wěn)定，因此在本設計中采用630噸摩擦壓磚機。
在成型過程中要注意以下問題：
（1）因泥料顆粒過粗或泥料混練不勻，造成粗顆粒集中部位表面粗糙（麻面）或邊角脫落；
（2）模板安裝不好或壓磚操作不當，造成裂紋或尺寸不合格；泥料水分不合適，造成層裂或裂紋等。
影響成型的基本因素是：作用在泥料上的單位壓力、平均成型速度和整個周期中速度分布、成型的階段性、在壓力下保持時間以及加壓次數(shù)等，其中單位成型次數(shù)是主要的。隨著壓力的增大，制品密度增加。到排除了空氣氣孔的某一臨界密度時，制品已不再壓縮。不論是臨界密度，還是與臨界密度相適應的臨界壓力都隨著水分的增加而下降。對每一成型壓力都有一定的最適宜的水分含量，在此水分條件下制品可達到的極限密度接近于臨界密度。
成型速度對制品的致密程度有很大影響。成型速度一般理解為接近壓模的速度，而實際壓制過程中在不同斷面內顆粒實際移動速度卻是不同的，緩慢成型可促進制品密度的提高，有利于排除空氣，松弛在制品中產(chǎn)生的壓力。
壓制的過程可用壓力---壓縮曲線表示，壓制是按如下三個階段進行的：
（1）在壓力的作用下，坯料中的顆粒開始移動，重新配置成較緊密的堆積，當壓力增至某一數(shù)值后，進入第二階段，該過程的特點是壓縮明顯。
（2）第二階段，顆粒發(fā)生脆性和彈性變形，此過程具有階段特性，坯料的壓縮呈梯式。坯料被壓縮到一定程度后，即阻礙進一步壓縮，當壓力增加到使顆粒再度發(fā)生變形的外力時，由于顆粒的變形，才引起坯料的壓縮，并伴隨有坯體致密度增加，這種壓縮及增壓的階段，變得短促而頻繁。最后，壓制進入第三階段。
（3）第三階段，在極限壓力下，坯料的致密度不再提高。
2.1.10 干燥
坯體干燥是磚坯中除去水分的過程。磚坯干燥的目的，在于通過干燥排出水分，使磚坯增加機械強度，以減少運輸和搬運過程的機械損失，并使磚坯在裝窯之后進行燒成時，使磚坯具有必要強度；承受一定的應力作用，提高燒成成品率；并為燒成提供有益條件。干燥過程如下圖所示。干燥過程可分為四個階段：
（1） 加熱階段。此階段一般時間很短，坯體溫度上升到濕球溫度。
（2） 第二階段是干燥過程最主要的階段，此階段排出大量水分，在整個階段中，排出速度是恒定的，稱為等速階段。在此階段水分的蒸發(fā)僅發(fā)生在坯體表面上，干燥速度等于自由水面的蒸發(fā)速度，故凡是可以影響表面蒸發(fā)速度的因素，都可以影響干燥速度。
（3） 第三階段是降速干燥階段。隨著干燥時間的延長，或坯體含水量的減少，干燥速度逐漸降低。此時，水分從表面蒸發(fā)的速度超過自坯體內部向表面擴散的速度，因此，干燥速度受空氣的溫度、濕度及運動速度的影響較小。
（4） 第四階段干燥速度逐漸接近于零，最終坯體水分不再減少。
干燥設備有隧道干燥器、轉筒干燥器、室式干燥器、帶式干燥機、流動干燥床和遠紅外干燥器等。本設計選用隧道干燥器干燥。磚坯在隧道干燥器內的干燥時間一般以推車時間表示，推車時間為15~45分鐘左右。
鎂鉻磚坯的干燥過程主要是水分的蒸發(fā)及部分MgO 水化的過程，且隨干燥溫度的升高而加快。為控制MgO在干燥過程中的水化程度，應注意以下幾點：
⑴ 成型后的磚坯應及時干燥；
⑵ 干燥時宜采取低溫大風量方式。
⑶ 干燥后的磚坯應立即入窯燒成。
2.1.11 燒成
制品的性質不僅取決于原料的成分和性質，配料組成和生產(chǎn)方法，無論是制品的質量或是企業(yè)的技術經(jīng)濟指標，如產(chǎn)品質量，勞動生產(chǎn)率，單位產(chǎn)品燃燒消耗定額和產(chǎn)品成本等，都在很大程度上取決于燒成的好壞。
1．裝窯
制品在高溫下由于強度降低較多，易產(chǎn)生變形，因此裝磚高度一般應控制在0.9~1.0米以下，且應采取平裝。
2. 燒成過程中的物理化學變化
（1）坯體排出水分階段。溫度范圍為10~200℃，在這一階段中，主要是排出磚坯中殘存的自由水和大氣吸附水。水分的排出，使坯體中留下氣孔，具有透氣性。
（2）分解氧化階段（200~1000℃）。此階段發(fā)生的物理化學變化依原料種類而異。有排出化學結合水、碳酸鹽或硫酸鹽分解、有機物的氧化燃燒等。
（3）液相形成和耐火相合成階段（1000℃）。此時分解作用將繼續(xù)完成，并隨溫度升高其液相生成量增加，液相黏度降低，某些新耐火礦物開始生成。
（4）燒結階段。坯體中各種反應趨于完全、充分、液相數(shù)量繼續(xù)增加，結晶相進一步成長而達到致密化即所謂燒結。
（5）冷卻階段。從最高燒成溫度至室溫的冷卻過程中，主要發(fā)生耐火相的析晶、某些晶相的晶型轉化、玻璃相的固化等過程。
3．燒成制度的確定
（1）溫度制度
制品燒成時，在不同溫度階段應控制不同的升溫速度：
a：小于400℃階段，磚坯中水分蒸發(fā)并伴有MgO的水化，使磚坯強度降低，應放慢升溫速度；
b：400~800℃階段，水化物分解排除結合水，有機物燃燒，可快速升溫；
c：800~1200℃階段，出現(xiàn)液相，并有固相反應進行，磚坯強度有所下降，應放慢升溫速度；
d：1200℃至燒成階段，隨溫度升高液相量增多，固相反應速度加快，磚坯強度降低較多，為防止制品開裂或變形，應緩慢升溫。鎂鉻磚的燒成溫度一般為1600~1640℃；
（2）壓力制度和窯內氣氛
制品應在微正壓弱氧化氣氛下燒成．在還原氣氛下燒成時，鎂鉻磚會產(chǎn)生很大的體積收縮，導致制品開裂．
2.1.12 成品倉庫
鎂鉻制品按品種、磚型批號、級別等分別貯放在成品庫內，每種制品堆放方式和允許堆放高度均按標準進行。成品庫面積除設有貯存量占用面積外，還留有成品檢選、冷卻和運輸通道所需最小面積。
2.1.13 除塵
在耐火材料生產(chǎn)中，原料破碎、磨細、篩分以及各種運輸作業(yè)，不可避免的會產(chǎn)生粉塵。粉塵進入人體肺部后可能引起各種肺部疾病，危害極大。粉塵還能加速機械的磨損，影響設備的壽命。因此必須采取有效措施來防止粉塵帶來的危害。
本設計主要采用濾芯除塵器。含塵氣流由進風口進入除塵器內，粉塵被濾芯外表面分隔并聚集起來，凈化后的氣流由濾芯中心部流出排放，達到凈化目的。利用壓縮空氣（0.6-0.7Mpa）產(chǎn)生強烈的氣流，通過電磁閥門釋放出來到濾芯中心部清潔濾芯，氣流沖擊波將濾芯外表面聚集的粉塵振蕩及噴吹下來并落到下面的灰斗內。由PLC 控制系統(tǒng)按設定程序進行反吹，以確保設備良好的除塵效能。
設備特點：
（1）除塵效率高，可去除粒徑≥1mm的粉塵，效果達 99.99%。
（2）設備采用PLC 控制脈沖反吹風，設有國外進口壓差顯示儀；帶自動清灰動能，便于操作。
（3）體積小，有效節(jié)省使用空間。
（4）設備結構設計合理，便于保養(yǎng)和維護。
（5）可選擇灰桶、出灰車、螺旋出料裝置等的出灰方式。
2.1.14 廢水處理
含鉻廢水的處理應與鉻的回收利用結合起來，消除鉻對環(huán)境的污染。常用的處理方法有化學還原和沉淀法、電解還原法、鋇鹽法、離子交換法等。
（1） 化學還原和沉淀法。常用的還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、二氧化硫等。加入還原劑和石灰，生成難溶的氫氧化鉻。再經(jīng)沉淀物脫水、干燥等實現(xiàn)回收再利用。
（2） 電解還原法。將含鉻廢水引入電解處理槽，以鐵板為陰陽極板，用壓縮空氣攪拌，再直流電作用下，鐵陽極溶解出亞鐵離子，將六價鉻還原成三價鉻；陰極氫離子將六價鉻還原成三價鉻。
（3） 鋇鹽法。向含鉻廢水中投加碳酸鋇或氯化鋇。使廢水中的六價鉻離子轉化為不易溶解于水的鉻酸鋇沉淀。
（4） 離子交換法。以鉻酸根（CrO42-）形式存在的六價鉻，可用離子交換法除去?？晒┦褂玫碾x子交換劑有Na 型陽離子交換樹脂、混合型陰離子交換樹脂、H+型陰離子交換樹脂、Na型磺化煤等。
2.1.15 噪聲防治
無機非金屬工業(yè)的工藝流程復雜，機械設備比較笨重，物料處理環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)過程中能產(chǎn)生大量的噪聲危害。因此噪聲防治也是必須考慮的課題之一。
我們首先考慮的是在傳播途徑上降低噪聲。在廠區(qū)內將高噪聲車間與辦公室、宿舍等分開布置；種植綠化帶，并利用土坡、地坑等使噪聲衰減。
本設計中的顎式破碎機便嘗試了地下放置，一方面符合了工藝流程上的要求，另一方面達到了衰減噪聲的的目的。另外，本車間采用了聲學控制方法來治理車間內部的噪聲，即在車間內的墻壁、天花板、地面等處鋪設多孔的吸聲材料，這樣既有一定的降低噪音的效果，而且，對設備的操作和維修又沒有妨礙作用。
2.2 工藝流程
2.2.1 工藝流程簡述
生產(chǎn)鎂鉻磚的原料主要包括高純鎂砂96 和鉻礦A。首先，用汽車將原料運到原料倉庫，通過5 噸橋式起重機裝進顎式破碎機供料槽，通過電磁振動給料機使原料經(jīng)PEF250×400 顎式破碎機粗破，破碎的粒度要符合圓錐破碎機的給料粒度，經(jīng)帶式輸送機輸送到破粉碎樓的圓錐破碎機的供料倉中進行中破，原料被中破成2.5㎜ 左右的顆粒后，由斗式提升機提升到樓上，經(jīng)雙層振動篩篩分，篩下料分別進入2.5~1 ㎜和1~0 ㎜的料倉，篩上料經(jīng)溜槽進到圓錐破碎機的供料槽，通過電磁振動給料機進入圓錐破碎機進一步破碎，破碎好的物料由斗式提升機提升到樓上的雙層振動篩上，繼續(xù)篩分，篩下料分別進入2.5~1㎜ 和1~0 ㎜的料倉，篩上料經(jīng)溜槽進到圓錐破碎機的供料槽，形成一個破粉碎---篩分的循環(huán)系統(tǒng)。與此同時圓錐破碎機供料槽中的物料也可以通過閘板和溜槽下到下面的螺旋輸送機上，由螺旋輸送機將物料輸送到一樓的管磨機供料槽中，使物料在管磨機中細磨成小于0.08mm的細粉，磨好的細粉由斗式提升機提升到樓上，再通過螺旋輸送機運輸?shù)郊毞哿蟼}，準備配料。物料準備就緒后用電子配料車將各種粒度的鉻礦A、高純鎂砂96顆粒和細粉進行配料，配好的物料直接進入濕碾機，經(jīng)20-25 分鐘的混練后，用橋式起重機將泥料罐吊到平板車上，再由平板車將裝有泥料的泥料罐推到成型車間，泥料罐經(jīng)橋式起重機提升將泥料送到壓磚機供料倉，用10臺630噸摩擦壓磚機成型，成型的廢品經(jīng)手推車運回原料倉庫，成型成品放在干燥車上，用3 噸電拖車送到干燥工段的存放處等待干燥，采用隧道窯干燥器干燥，干燥后的磚坯要等到磚坯冷卻后進行檢選，不合格的磚坯運回原料倉庫，合格的磚坯由工人進行裝窯車，裝磚后的窯車停放在窯車停放處等待進入隧道窯，進入隧道窯后磚坯經(jīng)預熱帶、燒成帶和冷卻帶出窯，冷卻后進行檢選，檢選不合格的產(chǎn)品送到原料倉庫，以備后用；檢選合格的磚，裝入成品庫。
2.2.2 工藝流程論證
1． 原料倉庫
本設計原料有2種，分別是高純鎂砂96和鉻礦A，為了防止原料的潮濕，原料倉庫采用封閉式單側卸料的方式，原料之間設有隔墻防止原料混料。
2．破碎工段。經(jīng)顎式破碎機粗破，圓錐破碎機粉碎后篩分，篩上料返回雙輥破碎機再次破碎，并通過閘板進入雷蒙磨粉，嚴格控制物料級配。
3．混料工段。不同的顆粒料存貯在專門設計的貯料倉中，避免不同的顆粒料混料，可使物料在裝、卸料時的偏析減到最小。
4．燒成工段。采用小型隧道窯燒成，不僅可以精確控溫，而且燒成溫度也高。對于普通鎂鉻磚，燒到1650℃左右即可。預熱帶1-17 車位，燒成帶為18-36 車位，冷卻帶37-50車位。
2.3 工藝參數(shù)
本設計的粒度配比見表2.2。
表2.2 鎂鉻磚配料比
磚 種
配 比 (%)
高純鎂砂96
鉻礦A
MG-8
80
20
MG-12
70
30
本設計鎂鉻磚生產(chǎn)的混合制度見表2.3，干燥制度見表2.4。
表2.3 混合制度
項目磚種
混 合 量(千克/次)
混合周期(分鐘)
MG-8
900
12
MG-12
900
12
表2.4 干燥制度
干燥器類型
長×寬×高
(mm)
數(shù)
量
(條)
干燥
裝磚
(kg／車)
干燥
時間
(h)
干燥
廢品率
(%)
干燥
前水分
(%)
干燥
后水分
(%)
熱風進
口溫度
(℃)
熱風 出口溫
(℃)
24500×950×1650
6
1100
15
4
3.0~4.0
＜0.5
200
40~50
2.4 物料平衡計算
制磚部分物料平衡計算參數(shù)見表2.5。
表2.5 物料平衡計算參數(shù)（%）
計算參數(shù)
直接結合鎂鉻磚
MG-8
直接結合鎂鉻磚
MG-12
名稱
符號
原料在倉庫中的存放損失
L1
0.5
0.5
原料水分
W1
—
—
原料洗滌損失
L4
—
—
原料干燥或風干后的水分
W3
—
—
原料的灼減量
L2
0.2
0.2
原料加工、運輸損失
L3
2
2
配比
P
1-P
q1
20
80
5
30
70
5
管磨機加入量
q2
35
35
泥料水分
W4
2.5
2.5
泥料的循環(huán)混練量
F3
10
10
結合劑貯運損失
L5
2
2
干燥綜合廢品率
F2
4
4
干燥廢品回收率
T
95
95
車間生產(chǎn)班制見表2.6。
表2.6 生產(chǎn)班制
工作班制
原料倉庫
粉碎磨碎
混合
成型
干燥
成品庫
年工作日
365
365
365
365
365
365
日工作班
2
3
2
2
3
2
班工作時
8
8
8
8
8
8
MG-8制磚部分物料平衡見表2.7，MG-12制磚部分物料平衡見表2.8。
表2.7 MG-8制磚部分物料平衡表
生產(chǎn)工序
項 目
符號
班制:日／班／時
物料量，噸
年
日
班
時
原料倉庫
原料倉庫總存放量
高純鎂砂96
廢磚廢坯
鉻礦A
Q14
Q15
Q16
Q17
365/2/8
23978.23
16944.08
1835
4694.76
65.7
46.4
5.0
12.8
32.8
23.2
2.5
6.4
4.1
2.9
0.3
0.8
紙漿廢液庫
紙漿廢液總存放量
Q18
365/2/8
1167.82
3.2
1.6
0.2
破粉碎
總破、粉碎量
高純鎂砂96
Q10
?Q11
365/3/8
23356.47
18685.17
64
51.2
21.3
17.1
2.7
2.1
磨碎
總磨碎量
Q13
365/3/8
8174.76
22.4
7.5
0.9
配料
總配料量
高純鎂砂96
鉻礦A ?
紙漿廢液
Q6
Q7
Q8
Q9
365/2/8
22889.34
18311.47
4577.87
1144.47
62.7
50.2
12.5
3.14
31.4
25.1
6.25
1.57
3.9
3.1
0.78
0.2
混合
成型
總混合量
總成型量
Q5
Q3
365/2/8
25432.6
22843.57
69.7
62.6
34.85
20.87
4.36
2.60
干燥
總干燥量
Q2
365/3/8
21929.82
60.08
20.03
2.5
表2.8 MG-12制磚部分物料平衡表
生產(chǎn)工序
項 目
符號
班制：日／班／時
物料量，噸
年
日
班
時
原料倉庫
原料倉庫總存放量
高純鎂砂96
廢磚廢坯
鉻礦A
Q14
Q15
Q16
Q17
365/2/8
35210.77
21895.04
27752.5
10563.23
96.5
60
7.5
29
48.23
30
3.75
14.5
6.03
3.75
0.47
1..8
紙漿廢液
紙漿廢液總存放量
Q18
365/2/8
1751.73
4.8
2.4
0.3
破、粉碎
總破粉碎量
高純鎂砂96
Q10
?Q11
365/3/8
35034.71
24524.29
96
67.2
32
22.4
8
2.8
磨碎
總磨碎量
Q13
365/3/8
12262.15
33.6
11.2
1.4
配料
總配料量
高純鎂砂96
鉻礦A
紙漿廢液
Q6
Q7
Q8
Q9
365/2/8
34334.01
24033.8
10300.2
1716.7
94.1
65.85
28.2
4.7
47.05
32.9
14.1
2.35
5.9
4.12
1.76
0.3
混合
成型
總混合量
總成型量
Q5
Q3
365/2/8
38148.9
34265.35
104.5
93.88
52.25 46.94
6.53 5.87
干燥
總干燥量
Q2
365/3/8
32894.74
90.12
30.04
3.76
2.5 生產(chǎn)設備
根據(jù)設備的選型計算得到主機平衡表，見表2.9[8]。
表2.9 主機平衡表
工序名稱
設備及規(guī)格
主機作業(yè)率
（%）
生產(chǎn)能力（噸／時）
設備臺數(shù)（臺）
要求主機產(chǎn)量
主機臺時產(chǎn)量
要求主機臺數(shù)
設計的臺數(shù)
破碎
PEF250×400顎式破碎機
80
8.3
12
0.7
1
粉碎
Φ900短頭圓錐破碎機
80
8.3
5
1.7
2
磨碎
Φ1500×5700管磨機
75
3.1
2.5
1.24
2
混合
φ1600×450濕碾機
70
15.6
4.5
3.5
4
成型
630噸摩擦壓磚機
65
—
—
—
10
干燥
干燥器24.5米
70
—
—
5.12
6
輔助設備（提升和運輸設備）見表2.10。
表2.10輔助設備表
設備名稱及規(guī)格
數(shù)量
備注
B=500皮帶輸送機
1
L=52285mm
B=500皮帶輸送機
1
L=12000mm
螺旋輸送機
2
L=10500mm
Φ1000×3500單倉空氣輸送泵
3
—
D250斗式提升機
2
L=35300mm
熱處理設備見表2.11。
表2.11干燥設備的選擇結果
名稱
規(guī)格（長×寬×高）m
數(shù)目 條/輛
干燥窯
24.5×1.0×1.65
6
干燥車
成型工段
1.2×0.85×1.43
46
干燥前后周轉
23
機械成型占用
20
干燥器內
120
揀選和貯存磚坯
46
檢修場地
3
總的干燥車數(shù)量
258
燒成設備見表2.12。
表2.12 燒成設備選擇結果
名稱
規(guī)格（長×寬×高）m
數(shù)目 條/輛
隧道窯
110×2.2×2.2
2
窯車
裝磚臺
3.0×3.1
3
隧道窯內
50
卸磚臺
3
貯存磚坯占用
8
窯外冷卻占用
16
檢修占用
5
裝卸班制不同占用窯車數(shù)量
8
總的窯車數(shù)量
93
2.6 倉庫設施
本設計的原料倉庫為封閉式，單側卸料。其中各種原料的運輸方式見表2.13。
表2.13 各種原料的運輸方式
原料
運料方式
搬運方式
高純鎂砂96
汽車
5噸橋式抓斗起重機
鉻礦A
汽車
5噸橋式抓斗起重機
廢磚、廢坯
汽車
CPQ3型叉車
各種原料和成品貯量、堆放方式及倉庫的規(guī)格見表2.14。
表2.14 原料和成品貯量、堆放方式及倉庫的規(guī)格
倉庫名稱
物料名稱
堆放形式
貯存天數(shù)（天）
長度(米)
寬度(米)
原料倉庫
高純鎂砂96
丁種堆積
30
48
24
鉻礦A
丁種堆積
70
成品庫
成品磚
堆積
30
42
24
42
3 檢查系統(tǒng)的說明
3.1 檢查內容
成品車間的生產(chǎn)技術檢查內容見表3.1。
表3.1 檢查內容
品種
測試內容
直接結合鎂鉻磚MG-8
體積密度、顯氣孔率、荷重軟化溫度、常溫耐壓強度
直接結合鎂鉻磚MG-12
體積密度、顯氣孔率、荷重軟化溫度、常溫耐壓強度
3.2 檢查方法
1．測試方法
各種耐火制品檢驗制樣規(guī)定應按國家頒布標準和有關規(guī)定的內容執(zhí)行，部分名稱及
其代號如下：
YB/T 370 荷重軟化溫度檢驗方法；
GB 5072 常溫耐壓強度檢驗方法；
GB 2997 顯氣孔率、吸水率及體積密度檢驗方法；
GB 5070 鎂鉻質耐火材料化學分析方法；
YB/T 376.2 抗熱震性的檢驗方法；
GB 10326 磚的尺寸，外觀及斷面的檢查方法；
GB 7321 磚的檢驗制樣方法[9]。
2．YB耐火材料測試次數(shù)見表3.2[10]
表3.2 耐火材料測試次數(shù)
品種
化學分析
荷重軟化溫度
顯氣孔率
常溫耐壓強度
MG-8
1/2
1/4
1
1
MG-12
1/2
1/4
1
1
3.3 檢查制度
生產(chǎn)技術檢查制度如表3.3[11]。
表3.3 檢查制度
檢查項目
試樣數(shù)量，個
試樣規(guī)格，毫米
檢驗化驗數(shù)量
化學分析
1
0.088-0.1 mm粉料
6～8件/次
荷重軟化溫度
1
Φ36×50圓柱體
1件/爐
顯氣孔率
3
體積為50-200 cm3
棱長小于80 mm
5件/次
常溫耐壓強度
3
正方體或圓柱體
1個/次
抗熱震穩(wěn)定性
3
（114±3）mm×（64±2）mm×（64±2）mm
立方體
2件/爐
4車間安裝檢修與維護措施
原則：
（1）各工段考慮電焊電源及36 伏局部安全照明，以便工段內檢查工作和小量修補與維修等使用。
（2）車間廠房內所有設備的安裝、出入大門、通道、樓層、設備提升時用的孔洞，以及各層設備安裝、檢修時用的起吊設備等需統(tǒng)籌配置。
（3）需經(jīng)常檢修的設備部件，凡超過200 公斤以上的設有檢修起重梁。
（4）檢修時放置檢修設備或其部件的場地，要有便于檢修的足夠大面積。
（5）為車間設備的維修，各工段設有維修用的工具、器材、潤滑油及常用小備件等的存放間。
5 生產(chǎn)車間除塵及安全措施
設計把塵源車間設在最小頻率風向的上風側，并且與住宅區(qū)、變電所、化驗室等保持適當距離。合理的工藝流程減少了物料搬運環(huán)節(jié)，降低物料落差。同時加強設備、管道和料倉的密閉，減少漏風，提高機械化、自動化水平，減少人工操作，選擇適當?shù)呐棚L量。
主要除塵方法：
（1）物料加濕；
（2）設備密封；
（3）灑水清掃和濕抹設備。
主要用除塵設備是旋風除塵器其優(yōu)點是：設備構造簡單，價格便宜，除塵效率高（可達70-80%）特別是對粉塵粒度大。含塵濃度高的含塵氣體，有良好的除塵效果。
安全措施：
（1）在耐火材料工廠車間內，生產(chǎn)廠房為高層廠房，樓梯應有護攔。
（2）在陰暗處應設有照明設施。
（3）對設備應定期檢查以防隱患。
（4）生產(chǎn)車間應設有安全員，定期對職工進行安全教育。
（5）在容易發(fā)生事故的地方，設有提示語。
6 本設計的主要特點
本設計的主要特點如下：本次設計鎂鉻磚，工廠整體布局合理，設計中選用除塵設備改善工作環(huán)境保證工人的身體健康，對廢磚坯進行回收處理利用，降低成本，因為廠區(qū)接近原料產(chǎn)地，原料的存放時間相對較短。
本設計除了工藝流暢，布局合理緊湊之外，最突出的設計主題便是環(huán)保和節(jié)能。其中環(huán)保方面體現(xiàn)在：
（1）在無機非金屬工業(yè)中物料處理量大，物料倒運次數(shù)多，加工工序多，揚塵點多，粉塵污染比較嚴重。所以我們在易于產(chǎn)生煙塵和粉塵的車間采用了高效的除塵設備，并且盡可能多的采用溜槽輸送物料，避免了物料自由墜落，設法減少物料的落差，從而減少物料在倒運和處理過程中的飛散量。
（2）本廠的主要礦質原料鉻，是極易污染水源的有毒物質，對人類的身體健康產(chǎn)生了很大的威脅，所以做好對含鉻廢水的處理也是本設計的一項重要舉措。
（3）噪聲污染有其特殊性，它直接作用于人的感官，對人造成的危害是長期作用的結果。
節(jié)能措施如下：
（1） 原料從原料倉庫到破粉碎樓的輸送過程中，采用抓斗機不但縮短了物料的輸送時間，而且避免了使用過長的帶式輸送機，降低了能量的消耗。
（2） 隧道窯冷卻帶的尾氣被輸送到預熱帶、干燥窯、廠區(qū)供暖等以達到重復再利用的目的。
在生產(chǎn)工藝設計方面：
（1）原料選擇，泥料的顆粒配比合理，傾向于小粒度配料，提高了產(chǎn)品的燒結性能，加快了燒結速度，降低了燒成溫度。
（2）生產(chǎn)流程靈活，例如，破粉碎—篩分階段，篩上料可為管磨機磨粉提供料源，過剩部分通過圓錐破碎機進一步破碎，使振動篩和圓錐破碎機組成一套循環(huán)系統(tǒng)。另外，如果管磨機發(fā)生意外，需要維修時，篩上料還可以通過閘板的控制回到圓錐破碎機，進行破碎，這樣就避免了突發(fā)事故影響到生產(chǎn)進程。
致 謝
通過三個月的畢業(yè)設計，我在游杰剛老師的精心指導和嚴格要求下，以及同學們的互相幫助，基本上完成了本次的畢業(yè)設計，綜合能力也有所提高，對我們無機非金屬專業(yè)有了更進一步的了解，對耐火材料的生產(chǎn)工藝流程也更加熟悉了。在設計期間，老師不厭其煩的指導我使設計更完善，游杰剛老師的淵博知識和求學態(tài)度使我受益終生，游老師在我的設計過程中給予的教導和鼓勵，將是我今后工作、學習的動力。在本次設計中，謹向游杰剛、欒艦、張玲、羅旭東、郭玉香、李國華、田琳和張歡老師表示最真誠的敬意和感謝！
由于所學專業(yè)知識有限，實際操作經(jīng)驗缺乏，設計中難免存在著一些錯誤和不妥之處，敬請老師批評指正。
參考文獻
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[2]王維邦，耐火材料工藝學[M]，鞍山鋼鐵學院，冶金工業(yè)出版社，1996：123-162.
[3]錢之榮，范廣舉．耐火材料實用手冊[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1992：328．
[4]李庭壽，孫險峰，張用賓．耐火材料科技進展[M]．冶金工業(yè)出版社，1997：335.
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[11]饒東生，硅酸鹽物理化學，武漢鋼鐵學院，冶金工業(yè)出版社，1996，260.
1
附 錄
一、物料平衡計算部分：
1）鎂鉻磚生產(chǎn)計算（MGe-12磚，30000噸/年）
1、物料種類的配比：
高純鎂砂96：70%
鉻礦A：30%
2、粒度要求：
磚種
粒度配比，%
2.5-1.0
1.0-0
<0.088
直接結合鎂鉻磚（MGe-12）
50
15
35
3、計算：
（1）總成品量：Q=30000噸/年
（2）總燒成量：Q1=Q/（1－F1）
式中：F1：燒成廢品率 F1=5%
Q1=30000/（1－0.05）=31578.95噸/年 結果：Q1=31578.95噸/年
其中燒成廢品量：f1
f1=Q×F1/(1－F1)=30000×0.05/(1－0.05)=1578.95噸/年 結果：f1=1578.95噸/年
（3）總干燥量：Q2=Q/（1－F1）（1－F2）
式中：F2：干燥廢品率 F2=4%
Q2=30000/（1－0.05）（1－0.04）=32894.74噸/年 結果：Q2=32894.74噸/年
其中干燥廢品量：f2
f2=F2×Q/(1－F1)(1－F2)
=0.04×30000/(1－0.05)(1－0.04)=1315.79噸/年 結果：f2=1315.79噸/年
（4）總成型量：Q3
Q3=Q/（1－F1）（1－F2）（1－F5） 式中：F5：成型廢品率 F5=4%
=30000/（1－0.05）（1－0.04）（1－0.04）=34265.35噸/年 結果：Q3=34265.35噸/年
（5）總混合量：Q5
Q5=Q/K（1－F1）（1－F2）（1－F5）（1－F3）
其中F3：包括成型廢坯和不合格泥料的循環(huán)混煉量
查表5-3 F3=10% K：鎂鉻磚的配比系數(shù)
K=1－[p×（l2＋w3－l2×w3）＋（1－p）（l2+w1 －l2×w1）]
=1－[0.3×（0.002＋0－0.002×0）＋（1－0.3）×（0.002＋0－0.002×0）] = 0.998
Q5=30000/0.998×（1－0.05）×（1－0.04）×（1－0.04）×（1－0.1）=38148.90噸/年
（6）總配料量：Q6
Q6= Q5（1－F3）=38148.9（1－0.1）=34334.01噸/年
其中高純