项目可行性报告

项目可行性报告国家科技攻关计划项目可行性研究报告项目名称：高质量日用瓷节能烧成工艺及装备技术集成的研究开发及产业化项目编号：项目组织单位：广东省科技厅科学技术部一、项目摘要节能降耗，提高产品质量档次和附加值，克服发达国家对日用瓷设置的技术壁垒，占领发达国家因产业转移空出的高档日用瓷市场份额。是我国实现从陶瓷大国到陶瓷强国转变，保证陶瓷行业可持续发展的必由之路。本项目在镁质强化瓷坯、釉配方；振动塑压成型工艺；低温快烧技术，釉中彩、釉下彩、色釉装饰方法及还原辊道窑等装备研究的基础上，通过对现有技术设备的创新、完善、集成，开发出具有地方特色，符合生产高质量日用瓷要求的中试生产线，由此形成高质量日用瓷节能烧成工艺技术，并在较短时间内再建一至二条示范生产线，实现产业化。带动基地内陶瓷企业的技术进步和产品升级换代。二、项目的意义和必要性，国内外现状和技术发展趋势、市场需求分析（一）项目的意义和必要性中国是陶瓷古国，也是陶瓷大国。目前，全世界日用陶瓷产量约220亿件，我国日用陶瓷年产量140亿件，约占全世界总量的65～70％，产量居世界首位，但是，与进口高档产品比，差距明显，2003年全国日用陶瓷出口量23.60万吨，出口额20.44亿美元，平均出口单价0.22美元；同期全国日用陶瓷进口量为0.577万吨，进口额为5955.4万美元，平均进口单价2.61美元，是出口单价的11.86倍，不难看出，我国陶瓷行业仍然停留在产量大国上，在档次上多属低档产品。因此，提高产品质量档次和附加值是日用瓷行业发展的当务之急，也是我国实现从陶瓷大国向陶瓷强国转变的必由之路。本项目以生产高质量日用瓷为主要目标，从原材料、成型工艺、烧成技术、装饰方法等方面，通过技术创新和装备研发，形成一套高质量日用瓷工艺技术集成，为我国日用瓷行业产品的升级换代，增加日用瓷产品的竞争力和附加值提供可靠的基础。陶瓷是高耗能工业，烧成成本占生产总成本的30％左右，随着能源供应日趋紧张，燃料价格上涨更加重了烧成成本的比例，节能降耗成为各陶瓷企业的迫切要求。本项目通过低温快烧技术的研究和燃气辊道窑的开发，降低烧成温度，缩短烧成周期，与现有梭式窑烧成相比，节能40％左右，同时，辊道窑由于温度均匀，产品的质量和稳定性都比梭式窑好。这对降低生产成本，提高产品竞争力，促进陶瓷行业的可持续发展效果明显。日用陶瓷是劳动密集型产品，同国外发达国家比，我国陶瓷产品的人工成本较低，有较大的价格优势。因此，日本、美国、德国等发达国家的一些陶瓷企业纷纷转向高技术陶瓷的生产，同时通过提高卫生标准等方面，设置技术壁垒，限制我国日用瓷产品对本国市场的冲击。本项目通过采用釉中彩、釉下彩、颜色釉等装饰方法，在提高产品外观质量的同时，大幅度降低铅、镉溶出量，保证达到美国FDA标准的要求。这是我国日用陶瓷产品克服发达国家设置的技术壁垒，占领发达国家产业转移空出的高档日用陶瓷份额的关键所在。通过本项目的研究，开发出适合当地原料特点和生产工艺习惯的关键设备――振动塑压成型机和燃气还原辊道窑，可完善基地内的产业配套能力，促进新工艺、新技术在基地内的全面推广，提升基地内陶瓷企业技术装备水平。总之，项目的实施，对创建具有国际竞争力的国家级日用陶瓷特色产业基地，推动全国日用陶瓷行业的技术进步，具有十分深远的意义。（二）国内外日用陶瓷技术研究开发现状与发展趋势1、国外情况：日用陶瓷工业属于劳动密集型工业，原料资源与能源消耗大，附加值不高，在大多数工业发达国家里，已不再做为主要产业加以发展。但由于发达国家雄厚的工业基础和科技实力，为日用陶瓷行业奠定了优良的硬件（装备、标准化原材料）和软件（科技开发、员工素质、管理、品牌等）条件，为此它们在技术创新、产品开发，节能降耗，绿化环保等方面，保持着领先的优势。2、国内情况改革开放以来，我国日用陶瓷工艺技术装备，通过引进、仿制、创新取得了长足的发展，但大部分是单独技术或装备的引进或研发，材料、工艺、技术装备相互脱节，未能形成成套的高档日用瓷生产工艺集成。近年，由于大量国有大型企业倒闭、停产，原有科研机构解散或转制，使日用陶瓷工艺技术的研发更趋分散，甚至停滞，各单项技术的现状及发展趋势情况如下：①低温快烧技术：传统长石质日用瓷的烧成温度高达1350～1400度，烧成周期12～24小时，耗能大，且高温烧成对窑炉、窑具要求高，损耗大，加大了烧成成本。因此，降低烧成温度，缩短烧成周期是日用瓷生产技术发展的必然趋势。低温快烧技术在瓷砖行业已得到大规模的应用，最短的烧成周期只有30分钟，但日用陶瓷由于器型复杂，低温快烧技术的采用才刚刚起步，2000年广东省枫溪陶瓷工业研究所研制成功了“日用细瓷低温快烧工艺技术”，把日用细瓷的烧成温度降至1250℃，烧成周期缩短为3小时，已获国家发明专利，其产品质量达到《日用瓷器》国家标准的要求，但由于采用传统长石质材质，在内在性能和外观质量上与高档日用瓷要求尚有差距。随着洗碗机、微波炉等现代家用电器的普遍使用，对日用瓷的热稳定性和强度等的要求越来越高。如何在快速烧成的条件下，生产出达到市场要求性能的日用瓷是快速烧成需研究的课题。②成型工艺设备：目前注浆和滚压仍是日用瓷主要的成型方法。采用树脂模型的高压注浆技术；等静压成型和塑压成型等新的成型方法也陆续有生产厂家使用。等静压成型需配套喷干制粉设备，一次性投资大，难以在中小企业推广使用；高压注浆因采用树脂模具，更换模型成本高，不适合日用陶瓷小批量、多品种生产的需要。从投资、成本、质量等综合衡量，塑压成型技术具有生产效率高、能生产异形、浮雕产品，模型更换方便，成本较低，设备投资少，对操作工人要求不高等优点，有较好的推广应用前景。但是目前的塑压成型机都采用静压力（包括进口产品），在生产应用中也存在一些问题，一是由于泥料塑性变形的阻力较大，静压成型需较大的压力，对石膏模具的强度要求高，使用寿命短，二是静压情况下，泥料流变性能差，极易出现密度不均匀的情况，造成坯体变形、开裂。限制了塑压成型在深型、大型产品上的应用。③自控辊道窑：窑炉是陶瓷工业的心脏，性能的先进与否直接决定了产品质量的优劣和能耗的高低。辊道窑是一种不用窑车的隧道窑，其突出的特点是：能耗低，温差小，使用灵活，生产效率高。为快速烧成创造了有利的条件，将逐步取代现有的梭式窑和隧道窑，成为日用陶瓷生产的主流窑炉。辊道窑是上世纪60年代末由国外传到我国，首先用于日用陶瓷的釉上彩低温烤花，70年代末由意大利、日本、西班牙等国引进高效节能，自动化程度高的现代辊道窑，用于瓷砖及卫生洁具等产品，90年代我国日用瓷行业开始引进辊道窑，用于烧成硬质瓷，炻瓷和高温快烧釉中彩等产品。1997年第一条国产高温釉中彩辊道窑建成投产，至目前辊道窑已在日用陶瓷行业得到推广应用，主要用于中温氧化烧成的精陶，炻瓷及软质瓷等产品。但适合南方瓷区原料特点和工艺习惯的还原辊道窑的气氛控制技术尚不成熟。④装饰方法：陶瓷产品卫生标准的不断提高，国内对釉上彩降低铅镉溶出量开展了大量的研究工作，也取得了明显的效果，但釉上彩产品的铅镉溶出量仍难保证达到美国FDA标准的要求，如果继续降低铅镉溶出量，可能大幅度地加大成本，得不偿失。因此，高档日用瓷的装饰方法将逐步转向采用无铅、镉溶出的釉中彩、釉下彩，颜色釉等装饰方法。（三）项目的市场需求分析我国是陶瓷古国，也是陶瓷生产大国，年产量占全世界陶瓷产量的65～70％，发展陶瓷生产有良好的产业基础。日用陶瓷是轻工行业的支柱产业，也是解决我国庞大劳动力出路的主要行业之一。发展高档日用陶瓷生产符合国家的产业政策。我国陶瓷产品成本较低，有较好的比较优势，而且，象日本、英国、德国等发达国家的一些陶瓷企业纷纷转向高技术陶瓷的生产，逐步退出日用瓷市场，据日本通产省资料统计：日本2000年内销日式餐具产量，比历史上最高的1990年下降30％，达到763亿日元，在西餐具产品生产方面，从20世纪90年代中期起，进口数量已大于出口数量。这种发展趋势仍在加大，这将会给中国陶瓷行业的发展带来更多的发展机会。我国有13亿人口，每年新增人口近2000万，日用陶瓷做为日常必须品，拥有庞大的国内市场，随着人民生活水平的提高，旅游业的快速发展，带动酒店和餐饮业的兴旺，国内市场对高档日用瓷的需求也呈现快速增长的势头。本项目的实施，能提高产品的质量档次和附加值，又通过节能降耗，降低生产成本，使产品具有很强的竞争力。因此，通过本项目的研发，促进日用瓷产品结构调整，发展高质量日用瓷的生产有广阔的市场前景。三、项目的基础条件本项目是通过对现有技术的完善、创新而形成的技术集成。项目各参加单位对项目所涉及的技术已做了大量的前期研究，有丰富的实际生产经验，对进一步研发有明确的方向，前期已取得一些技术成果。单位一，占地15亩，建筑面积6500平方米，现有人员58人，其中高、中级技术员15名，初级技术人员17名。有较为齐全的科研仪器、设备。近年先后承担省科技攻关计划和省技术创新项目六项，其中“陶瓷低温快烧工艺技术”于2000年6月通过省科技厅组织的鉴定，获国家发明专利（专利号：00117188.7）该项目通过坯、釉配方及烧成制度的研究，实现了日用细瓷低温快烧的目的，烧成温度1250℃，烧成周期3小时，产品达到《日用瓷器》国家标准，比传统工艺节能40％以上。“中温颜色釉开发”项目，开发了200多种颜色釉产品，已在潮州二家规模企业实现产业化。单位二，致力于提高企业生产力水平的科技中介服务机构。拥有一批专业技术人员及网络平台。与各陶瓷企业关系密切，在科技查新、成果评价、专利咨询、市场开拓等方面做了大量工作，主要承担项目的资料调研，组织协调和技术成果的推广工作。单位三，窑具研究所，专业从事窑炉、窑具及陶瓷专用设备的科研、设计和制造。该所研制的“高抗氧化碳化硅棚板”解决了碳化硅棚板用于中低温氧化烧成寿命短的问题，被省科技厅认定为高新技术产品。“轻便式节能隧道窑”已列入2003年潮州推广计划，目前已完成了“还原烧成辊道窑”的前期论证，并研制了还原烧成的专用燃气烧嘴。“振动塑压成型机”已做出样机，并已获国家实用新型专利[专利号：2003201042032]。单位四，专业从事陶瓷坯、釉料的研制、开发和生产。具有年产坯料50000吨，釉料2000吨的生产能力。其“陶瓷废渣回收利用”项目，获国家创新基金资助。单位5，专业从事釉中彩瓷的研究和生产，其开发的“陶瓷釉中彩装饰技术”项目已通过市级科技成果鉴定，所生产的高温快烧釉中彩瓷产品的铅镉溶出量达到美国加州标准，釉中彩骨质瓷产品达到美国FDA标准，其釉中彩瓷生产技术在国内处于领先地位。单位6，公司拥有潮州工艺礼品瓷研究开发中心和日用瓷厂、瓷用花纸厂、彩瓷厂等生产单位，集科、工、贸于一体，在瓷用花纸研制开发、降低铅、镉溶出量等方面做了大量工作。获输美陶瓷认证。2004年销售1.4亿元，创汇1646万美元。单位7，是一家以陶瓷花纸为主产品，集设计、生产、销售于一体的企业。公司占地20000平方米，厂房15000平方米，具有年3800万套/打的瓷用花纸的生产能力，其铅镉溶出量符合美国FDA标准，2000年获出口质量许可证，2003年获ISO9001：2000质量体系认证，获6项国家专利，2004年公司成立“低铅低镉花纸研究开发中心”，开展“高档日用瓷低铅镉花纸新材料研制与应用”研究。四、项目攻关总体目标，实施年限，具体考核指标（含主要技术经济指标）及年度计划安排（一）项目攻关总体目标1、研发与研制具有地方特色和自主知识产权的高质量日用瓷生产的成套工艺技术和关键装备，其水平达到国内同类先进产品水平。2、成套制造工艺和装备技术构成一条完整的中试生产线，进行产业化生产，并在1—2家规模日用瓷生产企业中建设1—2条示范生产线。3、通过对所研制技术集成的推广应用，完善基地内产业配套能力，带动基地内企业技术、装备的升级换代，提高产品质量档次，占领发达国家产业转移后空出的市场份额，提高我国日用陶瓷的附加值和市场占有率。（二）实施年限项目计划二年半完成，从二00五年六月一日至二00七年十二月三十一日止。（三）具体考核指标（含技术经济指标）1、研制出高档日用瓷低温快烧的成套工艺技术和关键装备，以及一条中试生产线，年产量100万件，产品合格率90％，与现有梭式窑烧成比，节能40％，产品平均单价1.0美元。2、在顺祥公司建设一条技术示范生产线，按年产500万件计，年产值4000万元，年创税利980万元。3、通过该项技术在基地内规模企业推广应用，显著减少能源消耗，提高产品附加值，降低生产成本和环境污染，提升产品市场竞争力。4、申报三项专利，形成具有自主知识产权的系列技术。（四）年度计划安排全部项目计划在二年内完成，具体计划安排如下：项目计划落实及统筹安排完成低温快烧坯、釉料研制完成成型设备和技术的研究开发完成烧成设备和技术的研究开发完成装饰设备和技术的研究开发完成中试生产线的加工生产完成中试线的调试，实现批量生产，形成完整的生产工艺技术准备鉴定与验收文件，进行鉴定与验收，选择广东顺祥陶瓷有限公司等企业，建设年产500万件产业化示范生产线。五、项目的主要研究内容，课题设置方案及承担单位选择（一）主要研究内容1、适合低温快烧坯、釉料研制①坯料的化学组成、矿物组成、颗料组成及少量添加剂对日用瓷成型、烧成及产品性能的影响研究②釉料的化学组成、矿物组成、颗粒组成对釉料始熔温度、高温流动性、光泽度、硬度等性能的影响研究③不同烧成制度对坯体性能和釉面质量影响研究2、振动塑压成型机研制①、泥料塑性、含水率等对成型坯体性能的影响②、振动频率、加压压力的关系以及对坯体性能的影响③、配套石膏模型的制作工艺研究3、装饰工艺技术研究①釉中彩颜料熔剂组成及烧成制度对釉中彩花面质量及铅镉溶出量影响研究②釉下彩颜料调制及在高温素烧坯体移印工艺技术研究③适合快速烧成颜色釉及装饰方法的研制4、还原烧成辊道窑的开发①气幕结构及设置的位置研究②还原气氛浓度智能控制技术研究③还原焰燃气烧嘴研制5、快速烧成窑具研制①窑具配方对窑具抗氧化和抗热震性能的研究②异型窑具成型方法和窑具减薄设计6、中试生产线的建设①中试生产线的工艺布置及设计②设备安装、调试③批量生产试验④整套生产工艺技术和装备技术文件形成（二）课题设置方案本项目拟分解为四个课题1、坯、釉配方及原料加工技术研发2、装饰工艺技术研究3、关键装备研究与制造4、中试生产线的建设（三）承担单位选择六、项目的主要技术特点和创新点(一)主要技术特点1、采用低温快烧工艺技术，与传统工艺比，降低烧成温度100℃以上，缩短烧成周期8小时，节能40％。2、通过对中温镁质强化瓷坯釉的研究，使低温快烧日用瓷产品在强度、白度、釉面平整度和硬度上，比现有中温长石质日用瓷有明显的提高。3、采用釉中彩、釉下彩及颜色釉装饰工艺，保证铅、镉溶出量达到美国FDA标准，外观质量达到高档日用瓷的要求。4、采用独特的振动塑压成型技术，扩大塑压成型应用范围，提高成型坯体质量。5、采用自行研制的还原焰烧嘴和还原气氛控制系统，开发可还原烧成的辊道窑，具有烧成质量好，节能高效可自动调控的特点。6、通过配方及生产工艺的改进，开发出抗氧化、抗热震性能优良的窑具，满足低温快烧的需要。（二）创新点1、采用Mgo～Al2o3～sio2系统材质，通过添加剂的使用和工艺参数的控制，研制出适合低温快烧要求的强化瓷产品。具有抗折强度高、热稳定性好、釉面耐磨、白度、透光度较好的特点。解决中温长石质瓷产品热稳定性差，不耐碰撞，不能适应机械化洗涤及微波炉等现代电器使用的问题。2、采用低温快烧工艺，节能降耗效果明显，提高生产效率，降低烧成成本，减少环境污染。3、研制出振动塑压成型技术，大幅度降低塑压成型压力，延长石膏模使用寿命，成型坯体密度均匀，变形小，可成型深型产品。4、大幅度降低铅、镉溶出量，使之达到美国FDA标准，避开发达国家对日用陶瓷进口设置的技术壁垒。5、开发出适合当地原料和燃料特点的自控还原辊道窑和适合低温快烧的窑具，为基地内企业技术装备的升级换代提供配套条件。（三）关键技术内容1、具有自主知识产权，适应于快速烧成的镁质强化瓷坯、釉配方的开发研究。2、无铅、镉溶出的装饰工艺技术研究。3、具有自主知识产权的振动塑压成型技术及设备的研制。4、具有地方特色的还原焰烧成燃气辊道窑的开发。（四）项目实施的技术、工艺路线1、坯釉料研制为满足洗碗机及微波炉等现代家用电器，对日用瓷的要求，项目采用强化瓷材质，经前期试验比较，确定采用Mgo～Al2o3～sio2系统配方，以储量丰富的镁质粘土为主要原料，通过引入CaO，把烧成温度降低到1250℃（比北方瓷区现有同等材质产品的烧成温度降低50℃以上），同时通过引入Ba、Zr等微量元素，提高镁质强化瓷的热稳定性和抗老化性能。在快速烧成的条件下，促进形成合理的晶相结构，大幅度地增加瓷坯的强度。2、装饰工艺技术研究根据市场对产品的不同要求，本项目拟采用三种技术工艺路线（见工艺流程图）3、关键装备研发①、振动塑压成型机研制本项目将在现有振动塑压成型机的基础上，引入高频振动系统，采用变频控制方法，通过振动方向和振动频率的控制，大幅度地改善陶瓷泥料在成型过程的流变性能，减少成型压力，提高坯体密度和表面质量，扩大成型机的适应范围，使之能成型深型、大型产品。采用智能控制技术和人体工学设计，减少工人劳动强度，提高成型质量。研制配套的模具制作技术，以适应市场对日用陶瓷多品种、小批量的要求。工艺流程图坯料制备注浆成型滚压成型塑压成型修坯干燥施釉高温素烧低温素烧烧成抛光磨光釉中花纸釉下花纸施颜色釉彩烧施釉烧成釉中彩产品釉下彩产品颜色釉产品②、还原燃气辊道窑研制通过研究坯料成份、制品的显微结构和性能、制品厚度与还原时的还原气温浓度、还原温度的关系。优选确定最佳的烧成曲线，据此研发智能控制软件。通过还原焰烧嘴、气幕位置结构及气体检测仪器的采用，实现辊道窑气温、压力的精确控制。既保证烧成产品质量，又不会因窑内还原气温而冒黑烟，并可以节约能源30%以上。不仅节约燃料消耗，而且大量降低了二氧化碳和烟尘的排放量。通过以上研究，开发出易于调节、温度均匀、计算机控制，用于还原气温快速烧成的日用陶瓷辊道窑。其主要技术性能达到：烧成周期：3-6小时可调最高烧成温度：1300℃烧成气温：氧化、还原两用烧成温差：预热带＜±10℃；烧成带＜±5℃烧成热耗：＜10000Kj/Kg瓷合格品率：＞90%③、配套窑具开发通过颗粒级配试验和结合剂选择，提高碳化硅窑具的抗氧化性能和抗热震性能。解决普通窑具在快速烧成时易氧化开裂损坏问题，研制长使用寿命的窑具。提高碳化硅窑具的强度，通过合理的结构设计，开发薄壁窑具，减少窑具重量，降低窑具材料消耗及烧成过程中因窑具蓄热造成的热量损失。研究碳化硅材料注浆成型技术，使之能适应多品种、小批量及异形产品生产的需要。（五）可能取得的专利及知识产权分析1、可能取得的发明专利一种适合低温快烧的镁质强化瓷2、可能取得的实用新型专利①振动坯体成型机②一种还原焰燃气烧嘴以上专利将在项目研究开发中逐件加以申请，形成自主知识产权。七、项目的关联行动（一）相应的基本建设、技术改造、技术引进、国际合作等落实情况。1、研究试验基地建设本项目在各研究工作开展以后，为验证和调试配方及工艺、设备、将在单位1、3三处建立研究试验基地，具体计划如下：①坯、釉配方及原料加工技术开发②关键装备研究与制造装饰工艺技术研究以上主要研发基地，基本上具备常规日用陶瓷工艺及装备研究开发场所和专业设备、仪器，只需添加以下仪器和设备就可满足常规项