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建筑卫生陶瓷行业新一代技术装备创新研发攻关行动方案

来源:中国建筑材料联合会 中国建筑卫生陶瓷协会  撰稿人:  发布时间:2020年04月01日 浏览:
摘要:

【中国建筑材料联合会 中国建筑卫生陶瓷协会】到2025年新一代建筑卫生陶瓷技术装备研发通过创新和优化全面达到国际领先水平。重要指标如下:

建筑卫生陶瓷行业新一代技术装备创新研发攻关行动方案

一、国内外建筑卫生陶瓷技术装备发展现状和趋势

  建筑卫生陶瓷行业是国民经济的重要基础产业,为国民经济和城乡建设的快速发展提供了重要的原材料保障。经过四十余年的发展,目前中国已成为世界建筑卫生陶瓷产业最大生产国,最大消费国和最大出口国,也是世界上品种齐全、产量最大、消费量最大、技术装备进步最快、产品具有较强国际竞争力的建筑卫生陶瓷大国。

  中国建筑卫生陶瓷工业由小变大,由弱变强,不论是从生产工艺、技术、装备水平都得到了快速发展,取得了令世人嘱目的成绩,已成为世界建筑卫生陶瓷生产和装备制造的超级大国。

  建筑卫生陶瓷机械装备是生产建筑卫生陶瓷制品的工具,用之建筑卫生陶瓷工业,依赖于建筑卫生陶瓷工业,同时又相互推动发展。由于建筑卫生陶瓷工业的大力发展和不断推阵出新,需要大量先进的、创新建筑卫生的陶瓷机械装备;也正由于建筑卫生陶瓷机械装备设计制造技术的进步,为建筑卫生陶瓷工业提供了一大批价廉质优的先进装备,造就、支持、促进了中建筑卫生国陶瓷工业的迅猛发展和现代化水平。

  建筑卫生陶瓷行业的快速发展,以及世界建筑卫生陶瓷制造中心地位的形成,有力地推动我国建筑卫生机械装备的创新发展。从原材料制备→成形→烧成→后期冷加工→装饰→检验→包装等机械装备,无论是从产品的种类、数量、质量,抑或是技术含量,中国建筑卫生陶瓷机械装备都进入了世界先进水平。从单机设计制造到整线工程的设计整合,中国的建筑卫生陶瓷机械的整体技术水平已经接近或达到国际先进水平,部分具有自主知识产权的技术处于世界领先水平。中国建筑卫生陶瓷机械装备无疑是世界建筑卫生陶瓷技术装备的一支重要力量。

  从九十年代初到现在,陶瓷机械装备已全面实现了国产化。全国现有建筑卫生陶瓷机械装备企业300多家,其中广东佛山有200多家。中国建筑卫生陶瓷机械行业已充分市场化,全部都是民营企业。,国产建筑卫生陶瓷机械装备技术不断走向成熟,并以其高性价比的优势逐渐成了国内市场的主流,而进口装备也逐年减少,从最初国内市场上清一色的进口装备到目前的进口装备的市场份额不到10%。

  目前我国建筑卫生陶瓷行业具有自主产权的技术装备(仅从数量方面考虑):约50%到达国际领先水平,30%经过努力有望缩短差距,20%与国外先进相比仍有较大差距,需要加大创新力度或在引进消化的基础上再进行创新突破。

  全球建陶装备市场,大约有300亿元人民币,意大利占有约200亿元左右的主流市场,而中国装备企业只占有三分之一,约100亿元左右。中国的陶瓷机械企业数量为300多家,意大利陶瓷机械企业数量为140多家。

  全球建陶装备格局来,已呈现三足鼎立的状态:意大利萨克米排名第一,年销售额折合人民币约113亿元,占全球陶机规模超过40%;科达洁能排名第二,年营收40.6亿元;意大利西斯特姆排名第三,年营收约30亿元。

  目前全球建陶装备行业具有整线输出能力的国家,只有中国和意大利。

二、新一代技术装备创新研发攻关的目的及意义

  随着现代信息技术与制造技术融合创新的快速发展,建筑卫生陶瓷机械装备将朝着集成化、智能化、柔性化方向发展,实现研发、设计、生产与经营管理的集成创新,创新研发生产制造和产业组织方式,实现建筑卫生陶瓷机械装备生产制造和供应链的柔性化、敏捷化、数字化、网络化、协同化,才能适应新形势的需求。

  技术装备创新研发的目的在于满足行业生产的迫切要求,提升行业机械装备水平,实现生产机械化、自动化、智能化,为创造高效、节能、绿色制造、绿色发展的生产企业创造条件。使我国的建筑卫生陶瓷机械装备全面达到国际先进水平,进一步提高机械装备在国际市场的占有率;为实现由制造大国转变为制造强国提供必要条件。

  目前,新一代技术装备创新研发存在以下挑战:(1)国外先进技术装备企业对国内市场的冲击 ;(2)国内节能减排、原材料及人工成本上涨和人民群众对日益增长的高品质消费需求对产业发展的影响;(3)宏观经济下行压力大,外部环境复杂严峻。同时也存在以下机遇:(1)完整的产业链支撑中国企业依然有较强竞争力;(2)最大消费市场保障行业可持续发展;(3)有一批熟悉现代企业经营的管理者和较高水平的技术人才队伍。

  充分发挥政府和行业管理部门的作用和优势,促进行业机械装备水平的进一步提高。抓住机遇,尽进一步提高我国建筑卫生陶瓷行业在国际市场的竞争力,实现由制造大国转变为制造强国的目标。

三、新一代技术装备的定义与内涵

  (一)建筑陶瓷机械装备

  在全自动化大吨位压砖机、抛光研磨加工设备、喷墨打印技术及设备、常规陶瓷喷墨墨水、多层干燥线、大型宽断面节能型窑炉、陶瓷砖自动拣选和包装设备等新技术和新装备在行业得到广泛应用的基础上,集中力量推动短流程干法制粉工艺、连续球磨工艺、粉料标准化、立体多层布料系统、智能识别检测设备、发泡陶瓷整线技术、低排放内循环烧成技术、作业机器人、AGV自动装运设备以及立体仓库等技术装备的产业化应用,着力研发超大陶瓷板压机、超薄陶瓷板烧成设备、陶瓷喷墨打印喷头、多层辊道窑、发泡陶瓷高耐火极限控制工艺、功能渗透墨水等专项技术,在建筑陶瓷生产领域完成自动化应用,研究建筑陶瓷智能制造的路径,实现生产、研发、技装水平达到国际先进水平。

  (二)卫生陶瓷机械装备

  在高压成形装备及工艺、抗菌自洁釉面技术、机器人施釉、辊道吊链立体输送系统、树脂模型技术、工业设计NC加工中心、扫码统计技术、宽断面隧道窑等新技术和新装备在行业得到广泛应用的基础上,集中力量推动卫生陶瓷微波干燥技术、无人化坐便器高压成形装备、低压快排水成形工艺、卫陶坯料标准化、机器人施釉工艺、湿修坯工艺、连续式卫生陶瓷干燥线、低排放内循环烧成技术、作业机器人、AGV自动装运设备以及立体仓库等技术装备的产业化应用,着力研发卫陶3D打印成形技术、快速注浆高强石膏、卫陶无人化自动装卸窑技术等专项技术,在卫生陶瓷生产领域完成自动化应用,研究卫生陶瓷智能制造的路径,实现生产、研发、技装水平达到国际先进水平。

四、新一代技术装备创新研发攻关的内容和目标

  (一)总体目标

  1、建筑陶瓷机械装备

  (1)优秀企业陶瓷砖生产线用人:50人/线;

  (2)优秀企业人均劳动生产率:120万元;

  (3)发泡陶瓷成本下降40%,达到500元/立方米以下;

  (4)产业年度减少CO2排放:400万吨。

  2、卫生陶瓷机械装备

  (1)优秀企业卫生陶瓷生产线用人(以年产标准件100万件为计):450人/线;

  (2)优秀企业人均劳动生产率:70万元;

  (3)产业年度减少CO2排放:20万吨。

  (二)技术装备研发内容

  1、干法制粉工艺

  干法制粉工艺应用干式原料配混系统、采用立式磨机代替球磨机、增加除尘装置、斗提、造粒机等先进设备进行陶瓷粉料生产。通过替代原有的湿法工艺,省去了喷雾干燥塔,大大降低了能源消耗与碳排放,节能节地,高效生产,目前在广东、山东、河北、江西产区有示范应用,但涉及产品品质差异需求、投资成本、地方政府管理变化等影响,应用范围不广。

  干法制粉技术经过不断改进,配合设备自动化、智能化,已经不再是传统意义上的制粉技术,而是一个全新的工艺和理念。陶瓷墙地砖干法制粉工艺及装备技术的研发,对实现建材工业的绿色制造,提升产业升级,实现可持续发展,具有重要的现实意义。

  重点突破干法工艺中除铁的世界性难题,加大干法制粉造粒基础理论研究的深度,进一步提高混料均匀性、提升粉料强度和流动性,解决瓷砖凹陷、鼓泡等技术难题,扩大干法制粉的应用范围。

  主要经济技术指标(与湿法对比):

  (1)电耗降低20%、热耗降低70%、水耗降低85%;

  (2)干法制粉工艺应用范围扩大到低吸水率瓷砖、抛光砖、陶瓷大板、发泡陶瓷等;

  (3)到2025年,干法制粉的市场占有率达到10%。

  2、粉料标准化

  改变过去的原料标准化思路,在有条件的产区实施建筑陶瓷压制用粉料的集中制备供给,以干法制粉以及连续球磨技术为基础,研究各地原料的性能品质,实现建筑陶瓷的粉料标准化。

  3、陶瓷大板配套设备

  陶瓷大板技术研发较快,国内企业已经可以生产宽2400mm、长3600mm的各种厚度板材,配套的输送线、干燥线、表面装饰设备、窑炉,以及抛磨设备已经完成配套,未来该类产品在产品装饰效果以及装配式建筑上会得到市场认可,推动陶瓷大板配套设备的产业化应用有着积极意义。

  需要突破的技术:

  超大陶瓷板材的压机基本是意大利进口的,这一关键装备的技术研发需要行业着力研究,同时,4毫米以下厚的超薄大板需要研究新型传动的窑炉设备,以提高产业技术水平。

  4、发泡陶瓷整线技术

  发泡陶瓷近两年发展迅速,尤其是应用到建筑隔墙材料上,因其大型轻质保温高强隔音无渗透的性能,代替传统墙体材料,是装配式建筑的极佳选择,未来有过千亿的市场空间,并且可以极大消纳工业废渣尾矿及江河湖泥,是陶瓷领域消纳固废的一大突破。在制造技术上,行业企业已经完成不同原料制备工艺、配方、烧成、加工工艺的研究,配套的整线设备在广西、广东、辽宁、江苏、河北、内蒙古等完成建设。未来预计在国家装配式建筑整体规划下,会有上百条发泡陶瓷生产新线的建设投资,考虑到工业固废的资源以及墙体材料的区域性使用的特点,需要行业规划建设意见,并报请主管部门支持推进。

  亟待突破的技术问题:

  发泡陶瓷作为建筑隔墙板使用是我国陶瓷材料的首创,随着应用的深入,发现发泡陶瓷隔墙板因其极高的绝热性能,造成在耐火极限性能上不能达到较高水平,需要行业开展技术攻关。对发泡陶瓷隔墙板而言,如采用目前的标准方法,耐火极限性能有待进一步提高,除了按照建筑设计需要,针对具体项目提高容重的调整方法之外,行业技术需要在在减小闭口气孔孔径、收窄气孔尺寸范围上着力,在相同容重的基础上提高发泡陶瓷气孔数量及气孔均匀度,研究配方及烧成工艺,提高莫来石含量改善莫来石晶体形状,研究材料增韧技术,提升气孔的耐高温破坏能力,从技术研究上,助推行业大幅提升发泡陶瓷耐火极限。

  5、陶瓷喷墨打印喷头

  陶瓷喷墨打印喷头是整机设备中价值最高,技术最为核心,也是成本最高的耗材,目前全部需要进口,国内还没有攻克这项关键技术,需要大力支持。

  6、建筑陶瓷智能制造工厂

  目前,中国建筑陶瓷装备行业还是集中在大规模、低成本的生产方式。但随着行业迭代、市场趋于稳定,将过渡到自动化、智能化的生产阶段。在智能化工厂方面,中国现阶段还只处于半自动化阶段,意大利也只是实现了从自动化到无人化的生产,还远远没有达到智能化的水平。

  智能化工厂的标准,是在生产流程中,各个机器设备具有感知环境变化的能力,并根据环境参数变化自动调节、自动修正、自动纠偏、自动循环。例如喷墨机能自动加墨水,窑炉能自动修正窑温,机器人能根据环境的变化调节自己的路线等等。

  5G时代的来临,数据的传输与处理速度变得更快,能满足设备互联和远程交互应用需求,在互联网工业自动化控制,物流追踪,工业AR、云化机器人的应用领域,5G技术都起着支撑作用,智能工厂的建设变得相对容易。

  智能化工厂的建设需要从三个维度来推动:分阶段、分工序、分等级进行。首先实现单机智能化,即制造装备智能化;实现生产过程的智能化,也就是模块智能化;最后将建筑陶瓷制造端体系和服务端体系打通,形成完整智能循环体系,即智能制造的工业4.0。

  7、卫陶标准化原料、坯料生产

  改变过去的原料标准化思路,在有条件的产区实施卫生陶瓷关键原料的标准化加工及成品泥的集中制备供给,以机械化淘洗工艺以及连续球磨技术为基础,研究各地原料的性能品质,实现卫生陶瓷的坯料标准化,提高生产效率,降低劳动强度,营造生产环境舒适的绿色制造工艺。

  8、高强度石膏及树脂材料技术

  低压快排水及高压注浆等新成形工艺能达到连续生产的另一个重要前提是模具材料的创新使用。新工艺的石膏要求强度大、吸浆快,目前国内提供的注浆用石膏满足不了要求,需要使用厂家与石膏提供厂家紧密结合,研究出适用的石膏。而正在试用的高压成形技术一直使用进口的树脂材料,价格昂贵成本高是影响相关新技术产业化应用的一个因素,研发高品质、低成本的高压成形模型用树脂材料是较为急迫的任务。

  9、低压快排水成形工艺

  已应用的低压排水成形技术,研究模型材料的升级换代、内部微孔优化等技术,通过改进环境条件、严密控制卫陶泥浆工艺、合理剖析产品结构、使用机械成形设备,改变国内低端手工作业的传统生产方式,达成高效生产卫生陶瓷的目标。

  10、高压注浆成形装备技术

  针对国内全包连体座便器以及大尺寸洗面器日益畅销的现状,研究高压成形机械化、自动化的关键技术,在配套的泥浆技术、模型技术基础上,充分调研、配套研发,由简单到复杂地逐个突破,促进设备厂家与企业共同研发高效率、低技能、低劳动强度的高压连续成形方式。

  最新卫陶高压注浆设备的研究方向是无人化作业,坐便器类复杂产品的无人作业高压设备已有示范应用,需要在有条件的企业加大推广力度,为卫生陶瓷的智能制造打好基础。

  11、湿修坯工艺技术

  卫生陶瓷的坯体外形复杂,注浆成形的方式决定了坯体修检的复杂程度,坯体修检是保障卫生陶瓷产品品质的重要手段,传统使用干坯打磨的生产工艺,作业工序多、效率不高的同时产生大量的粉尘,湿修坯集合包括作业手法、作业工具、干燥制度、改良泥浆等系统工艺的创新,可以解决卫生陶瓷生产的一个顽症,是清洁生产落实绿色工厂的一个应用性工艺,在简化流程、提高效率的同时,提供一个清洁舒适的工作环境。

  12、机器人施釉及循环线施釉

  传统生产的单工位人工施釉工艺的劳动强度大,粉尘作业环境差,机器人施釉以及循环线施釉的产业化应用可以改变这种状况,通过改进环境条件、严密控制釉浆工艺,稳定新施釉工艺的产业成果,而更进一步的机器人结合循环线的施釉工艺会更有效果,促进企业与设备制造商合作研究,攻克这一新型技术的应用瓶颈。

  13、卫生陶瓷微波干燥技术

  微波干燥技术在卫生陶瓷领域的产业化应用是我国在全球范围的首创,不仅解决了大型微波设备的安全使用问题,还利用窑炉余热,解决干燥合格率的同时完成连续不间断工作的研发,达到自动化、清洁生产与节能减排的作用,第一条线在2018年应用,结束了国内20多年的卫生陶瓷能否使用微波干燥的争论,也为未来使用清洁能源打下技术基础,也为卫生陶瓷完成整线自动化实现智能制造打下基础,需要行业大力推广。

  14、卫生陶瓷3D打印成形技术

  3D打印技术在小型器具上已经应用,而卫生陶瓷器型巨大复杂,实现直接3D打印尚无研究成果,卫陶3D打印需要结合增材技术以及打印核心技术的突破才能实现,一旦突破,首先可以应用到卫生陶瓷的产品试作研发上,减低研发技术难度,极大缩短研发时间,对卫陶的传统研发手段将起颠覆作用;进一步,实现卫陶成形半成品直接打印,不仅可以将卫陶传统成形工人完全解放出来,还可以打破卫陶对粘土原料的依赖性,颠覆卫生陶瓷传统原料技术,该项技术的研究,我国走在全球前列,行业支持到位,有望在全球范围率先实现突破。为未来使用新型工业设计、成形技术打下基础,也为卫生陶瓷完成整线自动化实现智能制造打下基础。

  15、卫生陶瓷智能制造工厂

  在开展微波干燥、3D打印、无人自动成形、连续干燥线、无人装卸窑等整线自动化技术研究的同时,数据采集、大数据应用、自动指挥、预警调整等智能化技术需要多行业共同研究解决。

五、预期达到的指标

  到2025年新一代建筑卫生陶瓷技术装备研发通过创新和优化全面达到国际领先水平。重要指标如下:

  (一)单条生产线人工数量

  建筑陶瓷:50人/线;

  卫生陶瓷:450人/线(以年产标准件100万件为计)。

  (二)劳动生产率

  建筑陶瓷:120万元/人;

  卫生陶瓷:70万元/人。

  (三)能耗水平

  陶瓷砖:吸水率≤0.5%,综合能耗≤4.0kgce/m2;

  0.5%<吸水率≤10%,综合能耗≤3.7kgce/m2;

  吸水率>10%,综合能耗≤3.5kgce/m2。

  卫生陶瓷:综合能耗≤300gce/t。

六、组织与保障措

  1、以“创新提升、超越引领”为指导思想,坚持自主创新、协同创新,集中行业的智慧与优势组织攻关,发挥相关单位和个人的积极性和创造性。

  2、由中国建筑卫生陶瓷协会组织行业力量负责制定总体研发工作方案,成立建筑卫生陶瓷技术装备研发领导小组具体领导与负责组织实施。

  3、争取政府主管部门对重大专项列项支持和资金支持。

  4、由中国建筑卫生陶瓷协会和新一代建筑卫生陶瓷技术装备研发领导小组组织有关企业、科研院所和大专院校按其各自的优势进行分工与合作、共同推进。

  5、建立以项目为纽带的技术创新联盟,做好知识产权保护工作,在研发工作中引入竞争机制、协同机制、分享机制,促进创新研发工作。

  6、对于关键技术与瓶颈,依托中陶产业基金,设立研究课题,由高校、科研院所承担课题研究,进行技术攻关。

  7、在大型企业和装备制造企业中建立创新示范平台,引领行业的创新发展。

  中国建筑材料联合会

  中国建筑卫生陶瓷协会

  2020年3月31日

责任编辑:单建庆
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