1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一.前言

建筑陶瓷，即常说的墙地砖产品，其具有品种多样，花色齐全，用途多样的特点。现今社会随着人们生活水平的提高，建筑陶瓷产品以其优异的性能、多样的花色品种成为必不可少的建筑装饰材料。自改革开放以来，我国国内建陶行业引进了大量的国外先进技术和设备，生产方法日新月异，发展迅速，已成为国民经济发展中不可缺少的支柱产业。^[1]在其他琳琅满目的大方瓷砖中，陶瓷马赛克以其精细玲珑的姿态，复古典雅的风格更是显眼。

陶瓷马赛克一词其实是”Mosaic”的音译，意即镶嵌工艺品、镶嵌砖。马赛克的制作是一种最古老的艺术形态之一。由于它是被一块块排好粘贴在一定大小的纸皮上，以方便铺设，故也被称为”纸皮石”。原国家建筑材料工业总局在19 75年统一建筑陶瓷产品名称时，将它定名为”陶瓷锦砖”。在古希腊和古罗马，马赛克被发展为一门艺术，并被高度地图形化，描绘各种生活场景和宗教故事。到了拜占庭时期，马赛克艺术盛行到前所未有的程度，这时期很多华丽的教堂都用彩色玻璃马赛克作装饰。今天的陶瓷马赛克，依然以高度的可塑性、强烈的表现力打动人心。陶瓷马赛克用途十分广泛，现在新型的陶瓷马赛克广泛用于宾馆、酒店的高层装饰和地面装饰。由于马赛克彩色表现丰富、单块元素小巧玲珑，可拼成风格迥异的图案，以达到不俗的视觉效果，因此，陶瓷马赛克也适用于喷泉、游泳池、酒吧、舞厅、体育馆和公园的装饰。而马赛克无论从生产能耗方面讲，还是从制作工艺精细程度以及它独特个性化的外观设计与焕然一新的铺贴效果等方面都开启了无数设计师的灵感之窗，是一门深奥而值得人们思考的艺术。^[2]随着生产技术、花样设计、审美创新的不断发展，陶瓷马赛克的用途愈加广泛，也更加融入人们的生活。

二.陶瓷马赛克的发展

我国陶瓷生产有着悠久的历史，陶瓷曾为祖国创造了整个人类文明史的光辉篇章。然而我国用于生产现代建筑的墙地砖技术绝大部分还是从西方传入的。意大利的墙地砖生产距今已有100多年的历史。在我国浙江温州最早在1946年生产釉面砖；而江西、辽宁、山东等地在60年代才开始发展建陶工业；广东佛山最早在70年代才开始生产彩釉砖；山东淄博在1979年才研制成功彩釉地砖。在我国所谓墙地砖是釉面砖、地砖和外墙砖的总称。习惯上按使用场合来分，分类如下:^[3]

而陶瓷马赛克就是建陶产品的一种。陶瓷马赛克，是一种工艺相对古老，传统的马赛克，早在巴比伦工国的时候”马赛克”作为一种建筑装饰就在都城正门伊什塔尔门。随着时代不断的进步和人民生活水平的提高，现在的装饰材料也在与时俱进，人们物质要求的提高和现代工艺水平的发展使得装饰材料在满足使用功能的前提下，对材料的材质、颜色、肌理效果等也非常的重视。因此，材料的多变与个性、质感与创新的效果已成为现代设计师们争相追捧的目标。^[4]

马赛克是我们大家所熟悉的一种传统建筑材料，出生于西班牙的建筑大师高迪在他的建筑的室内外都用了很多复杂的陶瓷镶嵌装饰，高迪对陶瓷马赛克的运用形成了他独特的建筑风格。但由于传统意义上的陶瓷马赛克材质粗糙，易脱落，色彩单调，形式单一和缺少花色等问题的存在使得陶瓷马赛克在当时并未受到广大人民的喜爱。如今的马赛克，经过设计师独特的设计，以及对现代材料工艺的综合运用，在造型、色彩、质地上都呈现出多层次多元化的发展趋势，玻璃马赛克、金属马赛克^[5]等新型马赛克产品相继出现。有些陶瓷马赛克表面打磨和形成不规则边，造成岁月侵蚀的模样，以塑造历史感和自然感。这类马赛克既保留了陶的质朴厚重，又不乏瓷的细腻润泽，亮点在于其深厚的文化内涵。设计师一般喜欢将陶瓷马赛克设计成卫生间主题墙上瓷砖墙面的腰线，因为当今的陶瓷马赛克烧制出的色彩更加丰富，用各种颜色搭配拼贴成图案，镶在墙上可做画，铺于地面可起到地毯的装饰作用。而陶瓷马赛克其多变精巧、随心搭配的特点更是其他装饰材料无法相比的优势，如今的陶瓷马赛克通过和各种材料的综合运用，从造型、材质、色彩上融合了自然和环保意识成为现代时尚装修材料的新宠。^[4]

马赛克的发展具有广阔的发展前景，全国各地均建有马赛克生产线，如山东费县建筑陶瓷厂就建有一条年产100万平方米的彩釉陶瓷马赛克生产线，^[6]而在几大陶瓷产区，特别是像广东佛山，陶瓷生产更是形成了产业化规模化，产品紧跟市场潮流，大量出口海外，极大的促进了当地的经济发展。用贝壳、椰子壳、泥巴、废石头等都可以做成马赛克，马赛克就像鱼缸里的清道夫，用的资源都是其他工业生产的下脚料，变废为宝。假如做马赛克，同样是生产1平方米的砖，大体上原材料的耗用要缩减40%-50%。^[2]我国西南师大环境化学研究所经过3年艰苦攻关，于1989年2月研制成功”煤矸石陶瓷马赛克”。以每年生产1000吨煤矸石陶瓷马赛克产品计，全年可消耗煤矸石料1000-1300吨，节约原料、电力、能源费共10多万元，为我国煤矸石变废为宝开辟了一个新的途径。^[7]

2003年全国马赛克仅有200多个品牌，到如今有规模的马赛克品牌已有1000多家，其中佛山不仅集聚了700多家品牌马赛克企业，而且是全国首个马赛克城。马赛克有望成为佛山陶瓷行业的新兴主体，中国马赛克城的建立，为佛山乃至中国的马赛克发展搭建了广阔的交流与推广平台。^[2]

三.陶瓷马赛克生产工艺

陶瓷马赛克是用质纯的高岭土完全烧结而成的，在陶瓷坯体性质分类中属于瓷质，内部是无机多晶体结构，孔隙率小，比较密实。有的陶瓷锦砖挂釉，有的不挂釉。^[8]其生产工艺过程与一般陶瓷地砖生产工艺过程相似，其工艺过程如下：

1.陶瓷厂马赛克外墙砖一般生产工艺

陶瓷马赛克坯用原料的制备一般分为配料计算、原料破碎、配料混合、球磨机湿磨、过筛除铁、喷雾干燥制粉等工序。硬质原料经破碎机破碎，而后与软质原料配料后加入球磨机进行湿法球磨，球磨过后的浆料经由永磁式除铁器过筛除铁，而后通过喷雾干燥器干燥制粉。

喷雾干燥制成的粉料通过压机压制砖模(为多组预留排列整齐的型腔)，一般按照市场需要，主要根据用途不同大致分为20 mm #215; 20 mm至60 mm #215; 60 mm不等的方形或矩形形状，一般压机下型腔的模具表面有一定的纹理，主要根据该陶瓷马赛克设备中的压机成形设备是正打微粉布料还是反打微粉布料，目前的二次或一次陶瓷布料机械，主要采用的布料方式是反打微粉布料，由于抛光工艺的发展，反打工艺相对容易实现表面纹理的形成。马赛克砖体经过压机布料成形之后，经过釉线工艺以及翻转设备，实现砖体的翻转平稳整齐排列放置在高温板进人高温炉烧结。在砖体从高温熔炉中进人铺贴打包工艺的过程中，存在自然冷却的时间，以及相对较长的输送距离，在输送过程中，由于马赛克砖体放置在高温板上，其温度高，在选择输送方式上，要考虑这个因素。在选择输送方式时，平带传动稳定快速，但是高温板不适合在皮带轮上运输，所以当前主要的运输方式采用链条传动。^[9]

2.烧成方式的选择

陶瓷釉面砖生产工艺技术主要分为三大类：

1）一次低温快速烧成技术

2）二次低温快速烧成技术

3）二次传统烧成技术

下面我们来对这几种烧成技术进行比较：

表1 陶瓷釉面砖生产工艺技术^[10]

本设计烧成工艺选择：

本设计拟选用一次烧成工艺，与二次烧成相比，一次烧成的能耗要小得多,该工艺采用低温快烧工艺，不但可以增加产量，节约能耗，而且还可以降低成本。

为降低能耗可采用预烧结技术，当压制成形后，坯体不经过干燥工序，而直接快速干燥与预烧结，其最高温度在900℃左右，这一阶段瓷坯没有烧结完全，但已有足够的硬度和强度来完成施釉等工序，最终坯、釉的烧结一起完成，仅需10-15min。这一工艺可用相对低廉的原材料，可总体节约制造过程中40%的能。

3.几种新型马赛克生产工艺：

1）马赛克单面磨光工艺^[11]

单面磨光马赛克，是经深加工而成的高级建筑材料，增加了普型马赛克的技术附加值。与”多面”比，具有表面平整，光洁华丽，镶嵌牢固，水泥缝清晰利落等优点。其研磨工艺可分为敷砂研磨和嵌砂研磨。

敷砂研磨切削能力强，加工精度低。适于马赛克的第一道工序#8212;粗磨。粗磨的目的是”磨平”，即获得一个基本平面。

嵌砂研磨，嵌入的磨料越细，获得的粗糙度越低。嵌砂研磨适于马赛克的精加工工序#8212;细磨。细磨的目的是”磨光”，即获得光亮的表面。

粗磨料的颗粒较大，有些粘附在马赛克上，若带入细磨工序中，制品表面会产生划痕。所以，粗磨后应进行清洗。

2)一种碎拼不规则陶瓷马赛克拼图及其生产方法^[12]

碎拼不规则陶瓷马赛克拼图生产方法，包括陶瓷马赛克块的坯体的制造过程、陶瓷马赛克拼块单元的制造过程、碎拼不规则陶瓷马赛克拼图坯体的制造过程。

陶瓷马赛克块的制造过程是根据所设计的构成四边为不规则边且前后的边的形状相同、左右的边的形状相同的方形陶瓷马赛克拼块单元的各种不规则的陶瓷马赛克块的形状，采用模具和压机压制出所述的各种不规则的陶瓷马赛克块坯体，并在压制时，在各种不规则的陶瓷马赛克块坯体背面压制上相应的编号，然后根据设计需要在各种不规则的陶瓷马赛克块坯体正面施上相应的釉，然后高温烧成成为各种不规则的陶瓷马赛克块;陶瓷马赛克拼块单元的制造过程是在一板面上依据各陶瓷马赛克块在陶瓷马赛克拼块单元的位置编上与相应的陶瓷马赛克块的编号一致的编号，然后按照编号将相应的陶瓷马赛克块拼接在一起成为陶瓷马赛克拼块单元，然后，依据一块陶瓷马赛克拼块单元前边和另一块陶瓷马赛克拼块单元后边相接、一块陶瓷马赛克拼块单元左边与另一块陶瓷马赛克拼块单元右边相接的原则将数块陶瓷马赛克拼块单元拼接起来成为碎拼不规则陶瓷马赛克拼图。

3）小规格陶瓷马赛克免垫板烧成^[13]

陶瓷马赛克山于其规格小，所以基本上是在耐火垫板上烧成的。垫板的厚度大、重量大，几乎是所承载产品重量的2倍，因此烧成时吸热量也大，需消耗大量的能源。佛山市溶洲建筑陶瓷二厂有限公司，于2008年4月建成无垫板节能辊道窑，生产45mm#215;45mm小规格陶瓷马赛克。直接在辊棒上传送烧成小规格马赛克，采用小辊棒、密排布的砖坯传送机构，调整前后段砖坯运行间距，使砖坯运行平稳;收窄窑炉内宽、合理布局各窑段内高，改善传热均匀性;调整烧成带和冷却带的温度分布及均匀性，实现了小规格陶瓷马赛克免垫板烧成。同时，充分利用窑头烟气和窑尾余热进行生坯干燥;产品出窑后，直接与马赛克铺贴线联动，利用砖体余温干燥贴纸。项目改造后节能达60%，节省劳动力38%。

四.陶瓷马赛克主要生产设备

陶瓷墙地砖生产工艺流程大体分为原料制备、釉料制备、成型、施釉、烧成等五大工段，同时按整个流程的所有设备可分为连接输送、细磨、造粒、浆池与堆场、施釉等五大类。下面对陶瓷马赛克生产中的主要设备进行介绍：

1.连续式球磨机^[14]

建陶生产中连续式球磨机的使用实现了原料制备的连续化自动化生产，它是将破碎后的泥抖放入水中进行搅拌，然后从球磨机的一端连续输入，经研磨后，从另一端连续流出，并送入下一个球磨机，在第二个球磨机的前后设有泥浆池，泥装通过泵不断输送，在末端设有一个过滤筛，达到细度要求的泥浆通过筛子到泥装池供喷雾干燥用，筛上的泥装送回球磨机继续研磨，直到通过筛子为止。

连续式球磨机与间歇式球磨机相比有以下特点:①节省占地面积60%,操作人员减少70%。②消除间歇球磨的装、卸磨所需时间，提高了球磨效率，降低了能耗。③泥装性能稳定，泥浆浓度可以加大至含水率为29～30%,因而喷雾干燥能耗降低。④可以实现原料制备工段的整个自动化，利用控制设备能够调节泥装的性能。⑤灵活性小，只适用产量很大的墙地砖厂，若出现故障就会影响整个生产。

2.喷雾干燥塔

喷雾干燥制粉技术由于具有生产效率高、连续性强、粉料质量好等优点，近年来在国内外陶瓷墙地砖生产中被广泛采用。^[15]喷雾干燥造粒配料经球磨所得的浆料，要经喷雾干燥塔造粒后，方可成型。其造粒过程如下图所示。

从上图可看出，喷雾干燥塔由喷雾系统和干燥系统组成。其中，喷雾系统由浆料池1,柱塞泵2，导流管道3及喷枪4组成。它的主要作用是将浆料雾化成小液滴;干燥系统由热风炉6、导流管道7、干燥塔体8及废气抽出机9构成。它的主要作用是产生热介质将喷雾系统产生的泥浆小液滴干燥成我们需要的粉料粒子。当干燥塔处于正常工作时，由柱塞泵2从泥浆池1抽浆经导流管道3送至喷枪5,因柱塞泵的供浆压力很高((1个大气压至30个大气压可调)，喷枪上的喷咀孔又很小，故浆料经雾化器后被迫分裂成小液滴，与热风炉6产生的热介质在塔体内先相对而行，后同流而下，热废气流由排风机9抽出室外，粉料颗粒因重力作用而下落至塔底出口处10进入输送带，那些超细颗粒因重力小而被吸尘器捕获，从吸尘器口进入输送带与大颗粒一起至料仓陈腐。^[16]

3.压砖机

陶瓷压砖机是用于陶瓷砖等陶瓷产品砖坯制作的机器，是陶瓷制造行业生产环节中的一项重要关键设备，其作驱动用的电机耗电量占设备总耗电量的绝大多数。^[17]压机采用液压系统来产生压坯压力，因为液体压强稳而易控并能得到足够高的压力。为了使主坯在运愉过程中不易破损，一般要求压出的生坯，其强度为0.7-1.0MPa。一般来说，瓷砖成品的吸水率要小于O.1%，其总收缩率大致为7%-8%，这个工艺要求的实现除与配方及烧成工艺有关外，还在很大程度上取决于压机压坯的致密度。^[16]

采用大吨位、节能型压机。大吨位压机压力高，压制的砖坯质量好、合格率高，在同等产量的条件下，耗电少，节能效果明显。

如Sacmi公司的PH4200大吨位压机采用垂直预加料系统。该压机可提供高达4200t的压制力，单位压力可达500kg/cm²,该压机的液压系统带有一个专门的压力增大器，这样可以减小主油缸尺寸，增加工作速度.压机装有冲头和压床，油缸固定在冲头上，用于扩大接触面积并改善压力分布。另外，该压机对于小于100mm深的型腔填料时，采用直线移动的喂料系统。压机压制工位的顶部装有新型多功能顶出器，用于夹住并控制装在底板上的模具，并且顶出装置装有快速联结器和提升及定心装置，用于减少模具频繁移动而产生的下沉。^[18]

4.辊道窑

烧成所用的设备是辊道窑，窑炉所用的燃料为煤气或液化气，其通入量由电脑根据窑炉工作温度与设定温度相比较的值来控制，因火焰与被烧坯直接接触，热利用率高，传热快，适于快速烧成，一般60min左右就可成瓷，故产品的成本低。

如SITI公司的FINH辊道窑使用宽度一般在1300～2350mm之间，其最高使用温度为1250℃，可以间歇使用，也可连续使用.这种窑的特点是窑体结构热损失小，占地面积小，产量却不会减少。^[18]

五.总结

马赛克源于西方，是高贵艺术的象征，而随着时代和科学技术的飞速发展，社会物质文化和精神文化都更加富于多元化，马赛克针对的消费对象也从单一化贵族消费群体向多样化大众消费群体转变。精巧、多变，随心所欲搭配，由小尺寸瓷砖拼成的马赛克展现着与其它大尺寸瓷砖不同的另一番美感。陶瓷马赛克颇具艺术表现力，既可以是哥特式的复古，精雕细琢的艺术，也可以是活泼、生动的感觉，既可以表现出很冷，很酷的一面，也可以表现出温馨，浪漫的一面。同时马赛克也赋予空间极强的立体感，为消费者和空间设计师提供了广阔的发挥空间。如今的陶瓷马赛克通过和各种材料的综合运用，从造型、材质、色彩上融合了自然和环保意识在中国的需求市场空间与应用领域非常之大，发展前景非常可观，值得行业去进一步大力开拓。从以上的叙述可知，本设计可以得到质量优良、外形美观、成本较低的陶瓷马赛克。此外，这种设计还可以节约资源、降低能耗，是可行设计。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

设计题目：年产210万平方米陶瓷马赛克生产线扩初设计

该厂建于江苏省苏州浒墅关镇西南角，距苏州市13公里。在沪宁干线与苏锡运河平行地段，距浒墅关车站一公里，专用线接于该站货运线，水陆运输方便。厂区占地面积约31.6公顷，地势平坦。水电燃料及其他辅助材料供应情况：水-城市自来水，由自来水公司供应；电-市供电局提供；煤-市燃料公司供应；耐火材料-市耐火公司供应。厂区与城市居民点，附近工人村的关系：离厂区西边约2km处有个东郊居民市场。厂区附近交通运输情况：厂区北面有通往市内的公路及一条景市提供生活用煤的铁路。本设计拟采用的生产工艺流程如下：