一、方案概述

本方案由南京市普非森电气自动化科技有限责任公司针对先进陶瓷行业两大粉体品类 ——氧化物陶瓷粉与非氧化物陶瓷粉的差异化物性与工艺需求定制开发，构建 “分类拆解、密闭传输、精准计量、智能调度” 的全流程自动化处理系统。

系统采用模块化分层架构，主链路以 PFS 系列真空负压输送技术为核心，配套双模式无尘拆包单元、分级缓存料仓与高精度称重计量模块；针对非氧化物陶瓷粉的氧化风险、防爆要求与高纯属性，增设氮气惰性保护、闭路循环输送、防爆电控、防污染材质四大专项系统，实现从原料拆包到烧结前工序投料的全程密闭化、自动化、安全化运行，全面解决两类陶瓷粉体在拆包扬尘、设备磨蚀、计量偏差、氧化污染、安全合规等方面的行业共性痛点。

1.1 设计依据

• 《粉尘防爆安全规程》GB 15577-2018

• 《精细化工企业工程设计防火标准》GB 51283-2020

• 《可燃性粉尘环境用电气设备》GB 12476 系列

• 《工业企业设计卫生标准》GBZ 1-2010

• 《自动化仪表工程施工及质量验收规范》GB 50093

• 氧化物 / 非氧化物陶瓷粉物性参数与客户现场产能、布局条件

1.2 核心设计指标

二、物料特性与工艺痛点分析

2.1 氧化物陶瓷粉特性与痛点

代表物料

氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）、氧化镁（MgO）、氧化硅（SiO₂）、氧化钛（TiO₂）等。

核心物性

• 化学稳定性强，常温下不氧化、不可燃，无防爆强制要求；

• 莫氏硬度 6~9，高磨蚀性，对设备内壁冲刷磨损严重；

• 粒度跨度大（325 目～5000 目），超细粉体易扬尘、易团聚；

• 用量大、批次多，对产能效率与运维成本敏感度高。

传统工艺痛点

• 人工拆包敞口投料，超细粉扬尘严重，职业健康风险高；

• 硬质粉体冲刷管道弯头与输送部件，击穿泄漏频发，维护成本高；

• 人工称重配料误差大，配方一致性差，影响烧结后瓷体性能；

• 多岗位人工操作，用工成本高且效率低。

2.2 非氧化物陶瓷粉特性与痛点

代表物料

碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）、氮化硼（BN）、碳化硼（B₄C）、氮化铝（AlN）等。

核心物性

• 硬度极高（莫氏硬度 9~9.5），磨蚀性远强于氧化物粉体；

• 超细粉体具有粉尘爆炸风险，部分物料在高温下遇氧易氧化变质；

• 纯度要求极高（通常 99.9% 以上），ppm 级金属杂质即可影响成品性能；

• 物料价格昂贵（氮化硅、碳化硼等单价可达数十万元 / 吨），物料损耗直接推高生产成本；

• 静电敏感性强，粉体摩擦易积聚静电，存在引燃风险。

传统工艺痛点

• 敞口拆包输送过程中物料接触空气，氧含量升高，降低成品高温性能；

• 无防爆与防静电设计，超细粉尘云存在爆炸安全隐患；

• 普通碳钢 / 304 不锈钢设备易析出金属离子，污染高纯粉体；

• 人工操作误差大，高价物料损耗严重，经济损失显著；

• 废袋与管道残留物料无法回收，清理过程易造成二次污染与安全风险。

三、系统总体工艺流程

系统采用 “分类拆包→密闭输送→分级暂存→精准计量→定向转运” 的闭环工艺路线，其中氧化物线路采用空气负压输送模式，非氧化物线路采用氮气闭路循环惰性输送模式，两类线路可独立运行，也可通过调度系统联动配料。

系统支持单拆包点对多用料点的分布式布局，可根据车间实际工况灵活配置输送路径、缓存容量与物料品类数量，最多可扩展至 16 种物料的全自动配方投料。

四、核心单元技术说明

4.1 全自动拆包单元

拆包单元采用吨袋自动拆包机 + 小袋无尘投料站双轨配置，分设氧化物与非氧化物专用工位，兼顾大宗原料与辅料小批量投料需求。

通用基础设计

• 密闭式拆袋仓：全密封结构，内部维持微负压，粉尘零外溢；

• 自动解袋机构：气动刀具精准切开袋口，避免包装袋碎屑混入物料；

• 振动拍打装置：多组柔性拍打机构配合底部振动，降低袋内残留；

• 废袋自动收集：拆袋完成后废袋自动落入收集仓，集中处理无二次扬尘；

• 接触物料材质：氧化物工位采用 304 不锈钢 + 易损位陶瓷内衬；非氧化物工位升级 316L 不锈钢 + 高纯氧化铝陶瓷内衬，杜绝金属离子析出。

非氧化物专项适配

• 氮气预置换功能：拆袋前向腔体内充入氮气，置换内部空气，拆包全程维持低氧氛围；

• 全密封手套操作口：针对小批次高纯物料，配置全封闭手套箱操作模式，全程无空气接触；

• 废袋密闭压实：废袋收集仓带氮气吹扫与压实功能，避免残留物料氧化扬尘；

• 氧浓度联锁：腔体内氧浓度超标时，自动暂停拆包动作并补充氮气。

4.2 真空输送转运单元

输送单元采用普非森PFS-DA 系列全自动真空上料机为核心载体，针对两类粉体分别配置输送介质与防护等级，实现密闭无尘转运。

通用核心技术

• 多级过滤系统：标配聚酯覆膜滤筒，超细粉体可选钛金属烧结滤芯，过滤精度达 0.3μm；

• 耐磨管道设计：弯头与变径处采用氧化铝陶瓷内衬（厚度≥5mm），使用寿命提升 5~8 倍；

• 动态气速自适应：根据物料负载自动调节输送风速，兼顾防堵与减磨；

• 全链路静电导除：管道、设备法兰间跨接导通，整机接地电阻≤4Ω，消除静电积聚。

非氧化物防爆惰化专项设计

• 氮气闭路循环输送：输送介质采用 99.99% 高纯氮气，形成闭环回路，避免物料接触空气氧化；

• 氧浓度实时监控：输送管路关键节点设置氧传感器，实时监测氧含量，超出阈值自动联锁补氮停机，符合 GB 51283 对可燃粉体气力输送的氧浓度控制要求；

• 防爆型动力配置：采用隔爆型电机（Ex d IIB T4）与防爆真空泵，电气元件全部符合粉尘防爆标准；

• 火花探测与消除：输送管路配置火花探测装置，异常时自动触发抑爆与停机程序。

4.3 暂存料仓单元

暂存料仓作为拆包与计量之间的缓冲枢纽，保障生产连续性，针对两类粉体采用差异化结构设计。

氧化物常规型料仓

• 容积按 1~4 小时用量设计，常规 2m³、5m³、10m³ 规格可选；

• 锥角≥60°，内壁抛光处理，减少挂料；

• 配置气动振动器防拱破架，配备阻旋式 / 雷达料位计，高低料位联动控制；

• 仓顶配置除尘滤筒，维持仓内气压平衡。

非氧化物密闭保护型料仓

• 全密闭承压结构，法兰连接处采用硅橡胶密封圈，杜绝空气渗入；

• 氮气恒压保护系统：仓内维持微正压氮气氛围，压力波动时自动补给，确保物料全程隔绝氧气；

• 配置氧含量与压力双监测，异常自动报警联锁；

• 仓顶呼吸阀带氮气回收管路，减少惰性气体消耗。

4.4 称重计量单元

计量单元是陶瓷配方管控的核心，采用增重式称重料仓 + 变频螺旋给料机架构，针对非氧化物粉体升级密封与精度等级。

系统构成与控制逻辑

1. PLC 下达目标重量指令，螺旋输送机高速粗加料；

2. 物料重量达到设定值的 90%~95% 时，切换为低速点动精补料；

3. 达到目标重量时，螺旋立即停止，卸料阀门开启投料；

4. 系统自动去皮、记录批次数据，误差自动修正补偿。

非氧化物专项升级

• 全密封计量腔体：计量仓全程氮气氛围保护，无空气接触；

• 高精度传感器：采用 3 只高精度剪切梁称重传感器，数字信号变送，计量精度稳定在 ±0.2% 以内；

• 防污染给料结构：螺旋叶片堆焊碳化钨耐磨层，内壁衬陶瓷，避免金属磨损混入物料；

• 残料自动吹扫：批次结束后氮气吹扫管路与仓壁，减少物料残留，降低损耗。

4.5 智能控制单元

系统采用PLC + 触摸屏人机界面的控制架构，非氧化物线路升级防爆型电控元件，支持本地自动、本地手动、远程 DCS 对接三种模式。

通用功能

• 配方管理：可存储多组配方参数，一键调用，自动执行；

• 联锁保护：料位、称重、风压、温度等参数实时监控，异常自动报警停机；

• 数据追溯：批次重量、投料时间、物料名称自动记录，支持 U 盘导出或上传 MES 系统；

• 远程运维：可选配物联网模块，实现远程故障诊断与参数调试。

非氧化物防爆安全功能

• 氧浓度、氮气压力、静电接地状态三重安全联锁；

• 防爆声光报警系统，故障分级预警与紧急停机；

• 惰化系统自动控制，氮气消耗量智能调节，降低运行成本；

• 操作权限分级管理，符合防爆车间安全操作规范。

五、分品类专项优化设计

5.1 氧化物陶瓷粉：耐磨增效专项优化

1. 全链路抗磨损体系：输送管道弯头、真空料斗出料口、螺旋叶片等易冲刷部位全部采用陶瓷内衬或碳化钨堆焊，设备使用寿命提升 3~5 倍，减少停机维护时间。

2. 大产能适配设计：支持多台拆包机并联、多路输送并行，单系统处理能力最高可达 20t/h，满足建筑陶瓷、电子陶瓷等大宗氧化物原料的生产需求。

3. 低成本运维设计：易损件采用模块化可更换结构，无需整体更换设备；通用化备件设计，降低库存成本。

5.2 非氧化物陶瓷粉：安全高纯专项保障

1. 全流程惰性气体保护：从拆包、输送、暂存到计量，全程氮气氛围闭环控制，氧浓度稳定控制在安全阈值内，彻底杜绝物料氧化变质风险。

2. 粉尘防爆安全体系：严格遵循 GB 15577 标准，从 “控制粉尘云浓度、消除点燃源、静电导除、抑爆泄爆” 四个维度构建防护体系，设备满足 21 区粉尘防爆要求，保障车间生产安全。

3. 超高纯防污染设计：所有接触物料部件采用 316L 不锈钢 + 高纯陶瓷内衬，内壁镜面抛光 Ra≤0.4μm，管道采用快装卡箍连接，无卫生死角，杜绝金属离子与杂质污染。

4. 极低物料损耗控制：通过优化流场设计、增加氮气吹扫功能，将系统整体物料损耗控制在 0.1% 以内；废袋残留量低于 0.05%，针对高价非氧化物粉体经济效益显著。

六、系统核心优势

1. 分类适配，一机多能：针对氧化物与非氧化物粉体的物性差异定制化设计，一套系统框架可兼容两类物料的处理需求，兼顾通用性与专业性。

2. 极致无尘，合规环保：全流程密闭 + 多级除尘，操作区粉尘浓度远低于国家标准，满足环保与职业健康合规要求。

3. 安全可控，防爆无忧：非氧化物线路完整的惰化、防爆、防静电设计，符合国家粉尘防爆与防火标准，从根源消除安全隐患。

4. 高精度计量，配方稳定：双速给料 + 智能补偿算法，计量精度行业领先，保障陶瓷配方批次一致性，提升成品良率。

5. 高纯防护，品质保障：针对非氧化物粉体的防污染设计，严格控制杂质引入，满足高端先进陶瓷的纯度要求。

6. 自动化减人，降本增效：单条线仅需 1 人负责吨袋上料，其余工序全自动运行，用工成本降低 60% 以上；物料损耗大幅降低，尤其对高价非氧化物粉体经济效益突出。

七、供货与服务范围

7.1 供货范围

• 全自动吨袋拆包机 / 小袋无尘投料站（含非氧化物惰性保护型）

• PFS 系列真空上料机及输送管道系统（含防爆型、闭路氮气型）

• 暂存料仓及料位检测装置（含密闭氮气保护型）

• 称重计量仓及变频螺旋给料机（含高精度防爆型）

• PLC 电控柜、触摸屏及现场传感器（含防爆电控系统）

• 氮气惰化系统、除尘系统、气动阀门等配套辅件

7.2 服务保障

• 现场勘测、方案设计、设备制造、安装调试、人员培训一体化服务；

• 整机质保 1 年，防爆与惰性系统专项质保，终身技术支持；

• 常备易损件库存，4小时响应发货；

• 定期回访巡检，提供防爆系统年检与惰性气体维护指导；

• 可根据客户物料迭代与产能升级提供系统扩容改造服务。