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    建筑衛生陶瓷行業新一代技術裝備創新研發攻關行動方案

    來源:中國建筑材料聯合會 中國建筑衛生陶瓷協會  撰稿人:  發布時間:2020年04月01日 瀏覽:
    摘要:

    【中國建筑材料聯合會 中國建筑衛生陶瓷協會】到2025年新一代建筑衛生陶瓷技術裝備研發通過創新和優化全面達到國際領先水平。重要指標如下:

    建筑衛生陶瓷行業新一代技術裝備創新研發攻關行動方案

    一、國內外建筑衛生陶瓷技術裝備發展現狀和趨勢

      建筑衛生陶瓷行業是國民經濟的重要基礎產業,為國民經濟和城鄉建設的快速發展提供了重要的原材料保障。經過四十余年的發展,目前中國已成為世界建筑衛生陶瓷產業最大生產國,最大消費國和最大出口國,也是世界上品種齊全、產量最大、消費量最大、技術裝備進步最快、產品具有較強國際競爭力的建筑衛生陶瓷大國。

      中國建筑衛生陶瓷工業由小變大,由弱變強,不論是從生產工藝、技術、裝備水平都得到了快速發展,取得了令世人囑目的成績,已成為世界建筑衛生陶瓷生產和裝備制造的超級大國。

      建筑衛生陶瓷機械裝備是生產建筑衛生陶瓷制品的工具,用之建筑衛生陶瓷工業,依賴于建筑衛生陶瓷工業,同時又相互推動發展。由于建筑衛生陶瓷工業的大力發展和不斷推陣出新,需要大量先進的、創新建筑衛生的陶瓷機械裝備;也正由于建筑衛生陶瓷機械裝備設計制造技術的進步,為建筑衛生陶瓷工業提供了一大批價廉質優的先進裝備,造就、支持、促進了中建筑衛生國陶瓷工業的迅猛發展和現代化水平。

      建筑衛生陶瓷行業的快速發展,以及世界建筑衛生陶瓷制造中心地位的形成,有力地推動我國建筑衛生機械裝備的創新發展。從原材料制備→成形→燒成→后期冷加工→裝飾→檢驗→包裝等機械裝備,無論是從產品的種類、數量、質量,抑或是技術含量,中國建筑衛生陶瓷機械裝備都進入了世界先進水平。從單機設計制造到整線工程的設計整合,中國的建筑衛生陶瓷機械的整體技術水平已經接近或達到國際先進水平,部分具有自主知識產權的技術處于世界領先水平。中國建筑衛生陶瓷機械裝備無疑是世界建筑衛生陶瓷技術裝備的一支重要力量。

      從九十年代初到現在,陶瓷機械裝備已全面實現了國產化。全國現有建筑衛生陶瓷機械裝備企業300多家,其中廣東佛山有200多家。中國建筑衛生陶瓷機械行業已充分市場化,全部都是民營企業。,國產建筑衛生陶瓷機械裝備技術不斷走向成熟,并以其高性價比的優勢逐漸成了國內市場的主流,而進口裝備也逐年減少,從最初國內市場上清一色的進口裝備到目前的進口裝備的市場份額不到10%。

      目前我國建筑衛生陶瓷行業具有自主產權的技術裝備(僅從數量方面考慮):約50%到達國際領先水平,30%經過努力有望縮短差距,20%與國外先進相比仍有較大差距,需要加大創新力度或在引進消化的基礎上再進行創新突破。

      全球建陶裝備市場,大約有300億元人民幣,意大利占有約200億元左右的主流市場,而中國裝備企業只占有三分之一,約100億元左右。中國的陶瓷機械企業數量為300多家,意大利陶瓷機械企業數量為140多家。

      全球建陶裝備格局來,已呈現三足鼎立的狀態:意大利薩克米排名第一,年銷售額折合人民幣約113億元,占全球陶機規模超過40%;科達潔能排名第二,年營收40.6億元;意大利西斯特姆排名第三,年營收約30億元。

      目前全球建陶裝備行業具有整線輸出能力的國家,只有中國和意大利。

    二、新一代技術裝備創新研發攻關的目的及意義

      隨著現代信息技術與制造技術融合創新的快速發展,建筑衛生陶瓷機械裝備將朝著集成化、智能化、柔性化方向發展,實現研發、設計、生產與經營管理的集成創新,創新研發生產制造和產業組織方式,實現建筑衛生陶瓷機械裝備生產制造和供應鏈的柔性化、敏捷化、數字化、網絡化、協同化,才能適應新形勢的需求。

      技術裝備創新研發的目的在于滿足行業生產的迫切要求,提升行業機械裝備水平,實現生產機械化、自動化、智能化,為創造高效、節能、綠色制造、綠色發展的生產企業創造條件。使我國的建筑衛生陶瓷機械裝備全面達到國際先進水平,進一步提高機械裝備在國際市場的占有率;為實現由制造大國轉變為制造強國提供必要條件。

      目前,新一代技術裝備創新研發存在以下挑戰:(1)國外先進技術裝備企業對國內市場的沖擊 ;(2)國內節能減排、原材料及人工成本上漲和人民群眾對日益增長的高品質消費需求對產業發展的影響;(3)宏觀經濟下行壓力大,外部環境復雜嚴峻。同時也存在以下機遇:(1)完整的產業鏈支撐中國企業依然有較強競爭力;(2)最大消費市場保障行業可持續發展;(3)有一批熟悉現代企業經營的管理者和較高水平的技術人才隊伍。

      充分發揮政府和行業管理部門的作用和優勢,促進行業機械裝備水平的進一步提高。抓住機遇,盡進一步提高我國建筑衛生陶瓷行業在國際市場的競爭力,實現由制造大國轉變為制造強國的目標。

    三、新一代技術裝備的定義與內涵

      (一)建筑陶瓷機械裝備

      在全自動化大噸位壓磚機、拋光研磨加工設備、噴墨打印技術及設備、常規陶瓷噴墨墨水、多層干燥線、大型寬斷面節能型窯爐、陶瓷磚自動揀選和包裝設備等新技術和新裝備在行業得到廣泛應用的基礎上,集中力量推動短流程干法制粉工藝、連續球磨工藝、粉料標準化、立體多層布料系統、智能識別檢測設備、發泡陶瓷整線技術、低排放內循環燒成技術、作業機器人、AGV自動裝運設備以及立體倉庫等技術裝備的產業化應用,著力研發超大陶瓷板壓機、超薄陶瓷板燒成設備、陶瓷噴墨打印噴頭、多層輥道窯、發泡陶瓷高耐火極限控制工藝、功能滲透墨水等專項技術,在建筑陶瓷生產領域完成自動化應用,研究建筑陶瓷智能制造的路徑,實現生產、研發、技裝水平達到國際先進水平。

      (二)衛生陶瓷機械裝備

      在高壓成形裝備及工藝、抗菌自潔釉面技術、機器人施釉、輥道吊鏈立體輸送系統、樹脂模型技術、工業設計NC加工中心、掃碼統計技術、寬斷面隧道窯等新技術和新裝備在行業得到廣泛應用的基礎上,集中力量推動衛生陶瓷微波干燥技術、無人化坐便器高壓成形裝備、低壓快排水成形工藝、衛陶坯料標準化、機器人施釉工藝、濕修坯工藝、連續式衛生陶瓷干燥線、低排放內循環燒成技術、作業機器人、AGV自動裝運設備以及立體倉庫等技術裝備的產業化應用,著力研發衛陶3D打印成形技術、快速注漿高強石膏、衛陶無人化自動裝卸窯技術等專項技術,在衛生陶瓷生產領域完成自動化應用,研究衛生陶瓷智能制造的路徑,實現生產、研發、技裝水平達到國際先進水平。

    四、新一代技術裝備創新研發攻關的內容和目標

      (一)總體目標

      1、建筑陶瓷機械裝備

      (1)優秀企業陶瓷磚生產線用人:50人/線;

      (2)優秀企業人均勞動生產率:120萬元;

      (3)發泡陶瓷成本下降40%,達到500元/立方米以下;

      (4)產業年度減少CO2排放:400萬噸。

      2、衛生陶瓷機械裝備

      (1)優秀企業衛生陶瓷生產線用人(以年產標準件100萬件為計):450人/線;

      (2)優秀企業人均勞動生產率:70萬元;

      (3)產業年度減少CO2排放:20萬噸。

      (二)技術裝備研發內容

      1、干法制粉工藝

      干法制粉工藝應用干式原料配混系統、采用立式磨機代替球磨機、增加除塵裝置、斗提、造粒機等先進設備進行陶瓷粉料生產。通過替代原有的濕法工藝,省去了噴霧干燥塔,大大降低了能源消耗與碳排放,節能節地,高效生產,目前在廣東、山東、河北、江西產區有示范應用,但涉及產品品質差異需求、投資成本、地方政府管理變化等影響,應用范圍不廣。

      干法制粉技術經過不斷改進,配合設備自動化、智能化,已經不再是傳統意義上的制粉技術,而是一個全新的工藝和理念。陶瓷墻地磚干法制粉工藝及裝備技術的研發,對實現建材工業的綠色制造,提升產業升級,實現可持續發展,具有重要的現實意義。

      重點突破干法工藝中除鐵的世界性難題,加大干法制粉造粒基礎理論研究的深度,進一步提高混料均勻性、提升粉料強度和流動性,解決瓷磚凹陷、鼓泡等技術難題,擴大干法制粉的應用范圍。

      主要經濟技術指標(與濕法對比):

      (1)電耗降低20%、熱耗降低70%、水耗降低85%;

      (2)干法制粉工藝應用范圍擴大到低吸水率瓷磚、拋光磚、陶瓷大板、發泡陶瓷等;

      (3)到2025年,干法制粉的市場占有率達到10%。

      2、粉料標準化

      改變過去的原料標準化思路,在有條件的產區實施建筑陶瓷壓制用粉料的集中制備供給,以干法制粉以及連續球磨技術為基礎,研究各地原料的性能品質,實現建筑陶瓷的粉料標準化。

      3、陶瓷大板配套設備

      陶瓷大板技術研發較快,國內企業已經可以生產寬2400mm、長3600mm的各種厚度板材,配套的輸送線、干燥線、表面裝飾設備、窯爐,以及拋磨設備已經完成配套,未來該類產品在產品裝飾效果以及裝配式建筑上會得到市場認可,推動陶瓷大板配套設備的產業化應用有著積極意義。

      需要突破的技術:

      超大陶瓷板材的壓機基本是意大利進口的,這一關鍵裝備的技術研發需要行業著力研究,同時,4毫米以下厚的超薄大板需要研究新型傳動的窯爐設備,以提高產業技術水平。

      4、發泡陶瓷整線技術

      發泡陶瓷近兩年發展迅速,尤其是應用到建筑隔墻材料上,因其大型輕質保溫高強隔音無滲透的性能,代替傳統墻體材料,是裝配式建筑的極佳選擇,未來有過千億的市場空間,并且可以極大消納工業廢渣尾礦及江河湖泥,是陶瓷領域消納固廢的一大突破。在制造技術上,行業企業已經完成不同原料制備工藝、配方、燒成、加工工藝的研究,配套的整線設備在廣西、廣東、遼寧、江蘇、河北、內蒙古等完成建設。未來預計在國家裝配式建筑整體規劃下,會有上百條發泡陶瓷生產新線的建設投資,考慮到工業固廢的資源以及墻體材料的區域性使用的特點,需要行業規劃建設意見,并報請主管部門支持推進。

      亟待突破的技術問題:

      發泡陶瓷作為建筑隔墻板使用是我國陶瓷材料的首創,隨著應用的深入,發現發泡陶瓷隔墻板因其極高的絕熱性能,造成在耐火極限性能上不能達到較高水平,需要行業開展技術攻關。對發泡陶瓷隔墻板而言,如采用目前的標準方法,耐火極限性能有待進一步提高,除了按照建筑設計需要,針對具體項目提高容重的調整方法之外,行業技術需要在在減小閉口氣孔孔徑、收窄氣孔尺寸范圍上著力,在相同容重的基礎上提高發泡陶瓷氣孔數量及氣孔均勻度,研究配方及燒成工藝,提高莫來石含量改善莫來石晶體形狀,研究材料增韌技術,提升氣孔的耐高溫破壞能力,從技術研究上,助推行業大幅提升發泡陶瓷耐火極限。

      5、陶瓷噴墨打印噴頭

      陶瓷噴墨打印噴頭是整機設備中價值最高,技術最為核心,也是成本最高的耗材,目前全部需要進口,國內還沒有攻克這項關鍵技術,需要大力支持。

      6、建筑陶瓷智能制造工廠

      目前,中國建筑陶瓷裝備行業還是集中在大規模、低成本的生產方式。但隨著行業迭代、市場趨于穩定,將過渡到自動化、智能化的生產階段。在智能化工廠方面,中國現階段還只處于半自動化階段,意大利也只是實現了從自動化到無人化的生產,還遠遠沒有達到智能化的水平。

      智能化工廠的標準,是在生產流程中,各個機器設備具有感知環境變化的能力,并根據環境參數變化自動調節、自動修正、自動糾偏、自動循環。例如噴墨機能自動加墨水,窯爐能自動修正窯溫,機器人能根據環境的變化調節自己的路線等等。

      5G時代的來臨,數據的傳輸與處理速度變得更快,能滿足設備互聯和遠程交互應用需求,在互聯網工業自動化控制,物流追蹤,工業AR、云化機器人的應用領域,5G技術都起著支撐作用,智能工廠的建設變得相對容易。

      智能化工廠的建設需要從三個維度來推動:分階段、分工序、分等級進行。首先實現單機智能化,即制造裝備智能化;實現生產過程的智能化,也就是模塊智能化;最后將建筑陶瓷制造端體系和服務端體系打通,形成完整智能循環體系,即智能制造的工業4.0。

      7、衛陶標準化原料、坯料生產

      改變過去的原料標準化思路,在有條件的產區實施衛生陶瓷關鍵原料的標準化加工及成品泥的集中制備供給,以機械化淘洗工藝以及連續球磨技術為基礎,研究各地原料的性能品質,實現衛生陶瓷的坯料標準化,提高生產效率,降低勞動強度,營造生產環境舒適的綠色制造工藝。

      8、高強度石膏及樹脂材料技術

      低壓快排水及高壓注漿等新成形工藝能達到連續生產的另一個重要前提是模具材料的創新使用。新工藝的石膏要求強度大、吸漿快,目前國內提供的注漿用石膏滿足不了要求,需要使用廠家與石膏提供廠家緊密結合,研究出適用的石膏。而正在試用的高壓成形技術一直使用進口的樹脂材料,價格昂貴成本高是影響相關新技術產業化應用的一個因素,研發高品質、低成本的高壓成形模型用樹脂材料是較為急迫的任務。

      9、低壓快排水成形工藝

      已應用的低壓排水成形技術,研究模型材料的升級換代、內部微孔優化等技術,通過改進環境條件、嚴密控制衛陶泥漿工藝、合理剖析產品結構、使用機械成形設備,改變國內低端手工作業的傳統生產方式,達成高效生產衛生陶瓷的目標。

      10、高壓注漿成形裝備技術

      針對國內全包連體座便器以及大尺寸洗面器日益暢銷的現狀,研究高壓成形機械化、自動化的關鍵技術,在配套的泥漿技術、模型技術基礎上,充分調研、配套研發,由簡單到復雜地逐個突破,促進設備廠家與企業共同研發高效率、低技能、低勞動強度的高壓連續成形方式。

      最新衛陶高壓注漿設備的研究方向是無人化作業,坐便器類復雜產品的無人作業高壓設備已有示范應用,需要在有條件的企業加大推廣力度,為衛生陶瓷的智能制造打好基礎。

      11、濕修坯工藝技術

      衛生陶瓷的坯體外形復雜,注漿成形的方式決定了坯體修檢的復雜程度,坯體修檢是保障衛生陶瓷產品品質的重要手段,傳統使用干坯打磨的生產工藝,作業工序多、效率不高的同時產生大量的粉塵,濕修坯集合包括作業手法、作業工具、干燥制度、改良泥漿等系統工藝的創新,可以解決衛生陶瓷生產的一個頑癥,是清潔生產落實綠色工廠的一個應用性工藝,在簡化流程、提高效率的同時,提供一個清潔舒適的工作環境。

      12、機器人施釉及循環線施釉

      傳統生產的單工位人工施釉工藝的勞動強度大,粉塵作業環境差,機器人施釉以及循環線施釉的產業化應用可以改變這種狀況,通過改進環境條件、嚴密控制釉漿工藝,穩定新施釉工藝的產業成果,而更進一步的機器人結合循環線的施釉工藝會更有效果,促進企業與設備制造商合作研究,攻克這一新型技術的應用瓶頸。

      13、衛生陶瓷微波干燥技術

      微波干燥技術在衛生陶瓷領域的產業化應用是我國在全球范圍的首創,不僅解決了大型微波設備的安全使用問題,還利用窯爐余熱,解決干燥合格率的同時完成連續不間斷工作的研發,達到自動化、清潔生產與節能減排的作用,第一條線在2018年應用,結束了國內20多年的衛生陶瓷能否使用微波干燥的爭論,也為未來使用清潔能源打下技術基礎,也為衛生陶瓷完成整線自動化實現智能制造打下基礎,需要行業大力推廣。

      14、衛生陶瓷3D打印成形技術

      3D打印技術在小型器具上已經應用,而衛生陶瓷器型巨大復雜,實現直接3D打印尚無研究成果,衛陶3D打印需要結合增材技術以及打印核心技術的突破才能實現,一旦突破,首先可以應用到衛生陶瓷的產品試作研發上,減低研發技術難度,極大縮短研發時間,對衛陶的傳統研發手段將起顛覆作用;進一步,實現衛陶成形半成品直接打印,不僅可以將衛陶傳統成形工人完全解放出來,還可以打破衛陶對粘土原料的依賴性,顛覆衛生陶瓷傳統原料技術,該項技術的研究,我國走在全球前列,行業支持到位,有望在全球范圍率先實現突破。為未來使用新型工業設計、成形技術打下基礎,也為衛生陶瓷完成整線自動化實現智能制造打下基礎。

      15、衛生陶瓷智能制造工廠

      在開展微波干燥、3D打印、無人自動成形、連續干燥線、無人裝卸窯等整線自動化技術研究的同時,數據采集、大數據應用、自動指揮、預警調整等智能化技術需要多行業共同研究解決。

    五、預期達到的指標

      到2025年新一代建筑衛生陶瓷技術裝備研發通過創新和優化全面達到國際領先水平。重要指標如下:

      (一)單條生產線人工數量

      建筑陶瓷:50人/線;

      衛生陶瓷:450人/線(以年產標準件100萬件為計)。

      (二)勞動生產率

      建筑陶瓷:120萬元/人;

      衛生陶瓷:70萬元/人。

      (三)能耗水平

      陶瓷磚:吸水率≤0.5%,綜合能耗≤4.0kgce/m2;

      0.5%<吸水率≤10%,綜合能耗≤3.7kgce/m2;

      吸水率>10%,綜合能耗≤3.5kgce/m2。

      衛生陶瓷:綜合能耗≤300gce/t。

    六、組織與保障措

      1、以“創新提升、超越引領”為指導思想,堅持自主創新、協同創新,集中行業的智慧與優勢組織攻關,發揮相關單位和個人的積極性和創造性。

      2、由中國建筑衛生陶瓷協會組織行業力量負責制定總體研發工作方案,成立建筑衛生陶瓷技術裝備研發領導小組具體領導與負責組織實施。

      3、爭取政府主管部門對重大專項列項支持和資金支持。

      4、由中國建筑衛生陶瓷協會和新一代建筑衛生陶瓷技術裝備研發領導小組組織有關企業、科研院所和大專院校按其各自的優勢進行分工與合作、共同推進。

      5、建立以項目為紐帶的技術創新聯盟,做好知識產權保護工作,在研發工作中引入競爭機制、協同機制、分享機制,促進創新研發工作。

      6、對于關鍵技術與瓶頸,依托中陶產業基金,設立研究課題,由高校、科研院所承擔課題研究,進行技術攻關。

      7、在大型企業和裝備制造企業中建立創新示范平臺,引領行業的創新發展。

      中國建筑材料聯合會

      中國建筑衛生陶瓷協會

      2020年3月31日

    責任編輯:單建慶
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