Производство керамического кирпича 2

Введение

Несмотря на появление большого количества современных строительных товаров, использование глиняного кирпича до сих пор очень актуально. Хорошо развитое производство, долговечность и прочность, возможность создания сложных архитектурных форм и декоративных деталей при кладке стен обеспечили глиняному кирпичу огромную популярность.

Керамический кирпич или глиняный кирпич является самым распространенным строительным материалом. Он применяется при закладке фундамента, возведении несущих стен и межкомнатных перегородок, а также для кладки печей и дымовых труб.

Все знают, что кирпичные здания - это здания, построенные на века. Благодаря своим природным свойствам глиняный кирпич противостоит неблагоприятным погодным условиям. Кирпичные здания не требуют больших затрат для поддержания их внешнего вида. Использование глиняного кирпича имеет ряд преимуществ: красота и разнообразие, длительный срок использования, экономия денег, противопожарная защита, экологическая безопасность.

Наряду с этим, технология кирпичной кладки предоставляет архитекторам и дизайнерам неограниченные возможности для воплощения творческих замыслов. Обеспечивая надежную защиту от воздействия внешних факторов, обладая высокой огнестойкостью и сравнительно низкой теплопроводностью, кирпич предопределяет высокий уровень безопасности и комфорта как жилых, так и промышленных зданий и сооружений. В данной курсовой работе рассматривается производство глиняного кирпича с добавлением 20% шамота, как отощающий добавки, способом пластического формования.

Процессы пластического формования издавна основывались на использовании соответствующего природного сырья — глин и каолинов, образующих при увлажнении водой тестообразные массы, способнее к пластическому течению, т.е. к изменению формы без разрыва сплошности под влиянием приложенных внешних сил и к ее сохранению после снятия этих усилий.

В основе процессов пластического формования систем, состоящих из высокодисперсных минеральных частиц и пластифицирующих жидкостей (или суспензий, эмульсий, гелей), лежит целый комплекс весьма сложных физико-химических явлений. Несмотря на большое число выполненных исследований, теоретические основы этих процессов, а также методы оценки формовочных свойств разработаны еще далеко не достаточно.

1 Основные свойства готовой продукции, сырья и вспомогатель­ных материалов

Основным компонентом для производства керамических изделий является глина. Для улучшения ее свойств дополнительно вводятся добавки, в данном проекте это шамот. Глины представляют собой сложные соединения водных алюмосиликатов, которые определяют важнейшие характеристики материалов для производства строительной керамики: связность, пластичность, обрабатываемость, механическая прочность сырца и обоженного материала [2].

Глины характеризуются чрезвычайно малым размером частиц, которые не превышают 20 мкм, а большей частью менее 2 мкм. Для производства строительной керамики количество частиц менее 2 мкм может находиться в интервале от 15 до45-50%.

По минеральному составу глины делятся на мономинеральные и полиминеральные. К мономинеральным глинам относятся глины, содержащие, в основном, только один глинистый минерал. Это каолины, основным минералом которых является каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O и бентониты, содержащие монтмориллонит Al₂O₃*4SiO₂*nH2O.

Химический состав сырья для производства глиняного кирпича колеблется в широких пределах: SiO₂ – 45-80%; Al₂O₃+TiO₂ – 8-28%; Fe₂O₃ – 2-8%; CaO – 0.5-25%; MgO – 0-4%; R₂O – 0.3-5%; ППП – 3-6%.

Кремнезем находится в глинах в связанном (в составе глинообразующих минералов) и в свободном (песок, шлюф) состояниях. Повышенное содержание свободного кремнезема указывает на наличие большого количества песка в глинистом сырье, повышенную прочность черепка и меньшую механическую прочность. Такое сырье мало или совсем непригодно для изготовления изделий сложного профиля [2].

Для глин с повышенным содержанием глинозема требуется более высокая температура обжига, при значительном интервале между началом спекания и плавления, что облегчает процесс обжига изделий, так как уменьшается возможность деформации изделий. Пониженное содержание глинозема снижает прочность изделия.

Оксиды железа встречаются в виде окисных соединений (гематит, гидроксиды), закись-окисных (магнетит, глауконит), закисных (сидерит, анкирит, пирит) и другие. Они являются сильными плавнями, способствующими уменьшению температурного интервала спекания глины и делают ее короткоплавкой. Изменяя среду в печи от окислительной до восстановительной, можно в большей степени выявить действие железистых соединений как плавней. Эти соединения придают окраску изделиям после обжига от светло-кремовой до вишнево-красной в зависимости от содержания их в глине [2], [1].

Оксиды кальция входят в состав глинистых материалов в виде известняков, доломитов, сульфатов. Будучи равномерно распределенными в глине и находясь в тонкодисперсном состоянии, оксиды кальция уменьшают связывающую способность и понижают температуру плавления глины, делая ее короткоплавкой и затрудняя обжиг изделия из-за возможности подваров. При содержании в глине около 10 % CaCO₃ она имеет интервал спекания 30-40⁰С. Интервал плавления глины может быть в таких случаях увеличен добавлением кварцевого песка.

При температуре обжига изделий до 1000⁰С действие известняка проявляется в изменении пористости и прочности изделий и меньше как плавня. В результате диссоциации оксида углерода пористость черепка изделия повышается при одновременном снижении прочности. Значительное содержание оксида кальция способствует осветлению изделий.

Оксиды магния как плавень действуют аналогично СаО, только меньше влияют на интервал спекания.

Оксиды щелочных металлов (Na₂O,K₂O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, понижению температура образования расплава, уплотнению черепка изделий и повышению его прочности.

Наличие в глинистом сырье растворимых солей (до1,5%) сульфатов и хлоридов натрия, магния, кальция, железа вызывает выцветы на поверхности изделий, что не только портит внешний вид, но и способствует разрушению поверхностного слоя изделий.

К глинистой части относят фракции размерам менее 5 мкм, что придает сырью повышенную сопротивляемость размоканию в воде, высокую пластичность и чувствительность к сушке, увеличивает воздушную и общую усадку. Для предотвращения нежелательных свойств вводят песок, шамот. Повышенное содержание пылевидных фракций в глинах повышают их чувствительность к сушке и обжигу, снижает прочность изделья.

Шамот – обожженная огнеупорная глина или забракованные керамические изделья, измельченные до заданной крупности. Использование шамота является более экономически выгодной технологией, исключающей отходы производства строительной керамики, также шамот идет и как отощающая добавка.

Отощающие добавки. Песок: В качестве отощителя следует применять кварцевый песок. Пески карбонатных пород или засоренные карбонатом не допускаются. Необходимо использовать крупнозернистые пески (от 1,5 до 0,15 мм). Мелкозернистые почти не уменьшают усадку и чувствительность изделия в сушке и в то же время снижают прочность изделия.

Шамот: Шамот получают из обожженных отходов керамических изделий. Он является более эффективным отощителем, чем кварцевый песок. Шамот сильнее уменьшает усадку глины, чем многие другие отощители, менее других снижает прочность кирпича.

В массу вводят обычно 10-15% шамота. Если это количество увеличивают, то снижается формуемость глин, обладающих недостаточной пластичностью. Однако при вакуумировании глиняной массы и прессовании кирпича на вакуумных прессах количество шамота в массе может быть увеличено до 25% и более.

Шамот легко поддается измельчению до требуемого зернового состава, который должен быть в интервале 1,5-0,15 мм. Если шамот недостаточно для требуемого отношения глины, то его вводят в сочетании с другими видами отощающих и выгорающих добавок (шлака, опилок).

Характеристика сырья для получения глиняного кирпича представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика сырья для получения глиняного кирпича

2 Технологическая схема производства

Глина Шамот Вода

Добыча

(многоковшковым Бункер

экскаватором)

Транспортирование Ящичный питатель

(автосамосвалом)

Вылеживание (в конусе (по ленточному транс-

на открытом пространстве) портеру)

Глинорыхлитель

Бункер Молотковая дробилка

Ящичный питатель

(по ленточному транс- Вальцы грубого помола

портеру) (домол шамота)

Камневыделительные

вальцы Дозатор

Глинозапасник

Дозатор

Дозатор Смесительный бак

Глиносмеситель

Шихтозапасник

Экструдер

Установка для резки и укладки сырца

на печные вагонетки

(передаточной тележкой)

Туннельная сушилка

Туннельная печь (вагонетками)

Разгрузка и пакетировка

Вывоз пакетов готового кирпича (электрокаром)

Склад готовой продукции

Рисунок 1 - Технологическая схема производства глиняного кирпича

Глиняный кирпич производят пластическим прессованием путем экструзии (выдавливания) массы в виде сплошного бруса с последующим разрезанием его на отдельные изделия. Кирпич имеет следующую характеристику: По типу и размеру: одинарный полнотелый 250×120 ×65 (мм)

По морозостойкости: соответствует марке F «25»

По прочности: Предел прочности на изгиб 2,34 Мпа – М 125

Предел прочности на сжатие 16,97 Мпа – М 175

К основным технологическим процессам производства глиняного кирпича относятся: добыча сырья и его усреднение, подготовка добавок, корректирующих свойства исходного сырья, составление массы (шихты) путем дозирования компонентов в требуемом соотношении, обработка и подготовка массы для получения полуфабриката сырца, прессование полуфабриката, сушка и обжиг [4,5].

Ниже приведены технологические схемы подготовки и обработки сырья в зависимости от его свойств.

Глины с повышенной карьерной влажностью, превышающей формовочную влажность на 5 ... 8% и более, рекомендуется подготавливать по следующей схеме глинорыхлитель→ящичный питатель→ленточный конвейер с магнитным сепаратором→камневыделительные вальцы (ребристые)→ленточный конвейер→сушильный барабан (обезвоживание до формовочной влажности) → ящичный питатель с бункером → смеситель лопастной с пароводяным орошением → дальнейшая переработка зависит то свойств сырья.

В результате такой подготовки получают глину с усредненной требуемой формовочной относительной влажностью 19 ... 20% при температуре 40... 45°С и температуре отходящих газов 90 ... 100°С.

Рыхлую, запесоченную мало пластичную, быстро размокаемую глину, а также лёссовые суглинки при карьерной влажности, равной или меньшей формовочной, перерабатывают по следующей технологической схеме: ящичный питатель →камневыделительные вальцы( ребристые) → лопастный смеситель с пароводяным орошением→вальцы тонкого помола с зазором 3 ... 4 мм→ шихтозапасник → вальцы тонкого помола с зазором не более 2 ... 2,5 мм→ вальцы тонкого помола с зазором не более 1 мм (рекомендуются при наличии карбонатных примесей в сырье) →вакуумный пресс.

Глину средней плотности и пластичности и покрывные суглинки перерабатывают по такой схеме: глинорыхлитель →ящичный питатель→камневыделительные вальцы (ребристые) → лопастный смеситель с паропрогревом и увлажнением водой →бегуны мокрого помола → вальцы тонкого помола с зазором 3 ... 4 мм→ шихтозапасник с многоковшовым экскаватором на 7 ... 10-суточное вылеживание →ящичный питатель с бункером → вальцы тонкого помола с зазором не более 2 ... 2,5 мм → вальцы тонкого помола с зазором не более 1 мм (рекомендуются при наличии карбонатных примесей в сырье) →смеситель с фильтрующей решеткой→вакуумный пресс[4].

Высокопластичные плотные, или алевролитовые, трудноразмокаемые в воде глины перерабатывают по такой схеме: глинорыхлитель → ящичный питатель → зубчатая дробилка → лопастный смеситель с паропрогревом и увлажнением водой-→ бегуны мокрого помола → вальцы тонкого помола с зазором 3 ... 4 мм→ шихтозапасник с многоковшовым экскаватором на 7 ... 10-суточное вылеживание→ ящичный питатель с бункером → вальцы тонкого помола с зазором не более 2 ... 2,5 мм → вальцы тонкого помола с зазором не более 1 мм (рекомендуются при наличии карбонатных примесей в сырье) → смеситель с фильтрующей решеткой→вакуумный пресс.

Глинистые сланцы, аргилиты в природном виде или в виде отходов обогащения углей с наличием повышенного содержания карбонатных включений ( плусухой способ подготовки сырья с пластическим способом формования сырца) перерабатывают по следующей схеме: приемный бункер→ ленточный конвейер с шириной ленты 1 м → зубчатые вальцы →ленточный конвейер с шириной ленты 1 м→ящичный питатель→ сушильный барабан с шаровой мельницей (или шахтная мельница) → лопастный смеситель с пароводяным орошением → лопастный смеситель с пароводяным орошением→ глинозапасник башенного типа→ вальцы тонкого помола с зазором не более 2 ... 2,5 мм→ вакуумный пресс.

Получаемый полуфабрикат-сырец высушивают до необходимой остаточной влажности и обжигают в кольцевых и туннельных печах непрерывного действия[5].

Глина добывается на карьере многоковшовым экскаватором. Многоковшовый экскаватор имеет рабочий механизм в виде бесконечной цепи, на которой укреплены ковши. Бесконечная цепь вращается вокруг стрелы, являющейся ее опорой. Стрела располагается параллельно откосу, прижимаясь к ней ковшами. Наполненные ковши опрокидываются над бункером. Доставляют глину на завод самосвалом.

Прежде чем начать обработку сырья необходимо ее вылеживание. Глину укладывают в конуса на открытом пространстве на 12-24 месяца. В результате вылеживания происходит размельчение плотной структуры глины, гниение растительных остатков, выветривание, вымораживание, равномерное распределение влаги, выбывание растворимых солей.

Глинорыхлитель разрыхляет крупные комья глины и пропускает ее через решетку в бункер. Из бункера, через ящичный питатель, по ленточному транспортеру, глина поступает на камневыделительные вальцы. Вальцы состоят из гладкого и ребристого валков. Валки вращаются навстречу друг к другу. Вальцы предназначены для грубого помола глины и выделения каменистых включений. Плотная структура падающая на ребристый валок отскакивает и удаляется. Вальцы предназначены для грубого помола глины и выделения каменистых включений.

Для бесперебойной работы по выпуску кирпича, на территории завода устанавливается глинозапасник с запасом глины на 30 суток. В состав оборудования входят загрузочный мост и разгрузочный мост с многоковшовым экскаватором, а также комплект специальных ленточных конвейеров. Загрузочный мост перемещается вдоль глинозапасник и загружает его горизонтальными слоями. Разгрузочный мост движется так же, вдоль глинозапасник, а установленный на нем многоковшовый экскаватор — поперек.

По ходу движения над ленточным транспортером стоит магнит, вылавливающий из сырья металлические детали.

Из глинозапасника глина подается на вторую стадию дробления. На вальцах грубого и тонкого помола происходит измельчение сырья, а также измельчение нежелательных включений известняка. Вальцы состоят из двух гладких валков. Расстояние между валками определяет степень помола. Для грубого помола расстояние между валками составляет 2-3 мм, для тонкого – 1-1,5 мм.

Шамот, как брак керамического кирпича, поступает из отдела контроля этого же завода. Шамот подается в бункер, снабженный ящичным питателем. По ленточному транспортеру шамот поступает в молотковую дробилку. Дробление осуществляется свободными ударами быстро вращающихся молотков, шарнирно подвешенных к ротору. На следующей стадии идет домол шамота на вальцах грубого помола.

Далее шамот через дозаторы, параллельно глине, поступают в глиносмеситель. Тщательность перемешивания сырья с добавкой и равномерного увлажнения играют важную роль. Для этого применяют двухвальные смесители (глиномешалки) с фильтрующей решеткой предназначен для перемешивания керамической массы, очистки ее от корней и других инородных включений путем продавливания через отверстия решетки. Качество переработки глины в глиномешалках зависит от количества лопастей, от степени наклона лопастей, от длины глиномешалки. При всех равных условиях качество переработки глины в длинном смесителе будет выше. Валы с лопастями вращаются навстречу друг к другу, передвигая массу к выгрузочному отверстию, с одновременным пароувлажнением.

Для вылеживания шихты на заводе предусмотрен шихтозапасник, с запасом глиняной массы на 10 суток. Шихтозапасник оснащен тем же оборудованием, что и глинозапасник. Благодаря загрузке шихтозапасника горизонтальными слоями и вертикальной разгрузке его многоковшовым экскаватором обеспечивается тщательное перемешивание шихты. При вылеживании массы происходит равномерное распределение влаги, набухание глинистых частиц и обволакивание зерен шамота глиной. Установлено, что прочность изделий, подвергшихся вылеживанию, повышается на 20-30 %. Кроме того, шихтозапасник является буферной емкостью, позволяющей значительно повысить стабильность работы за счет разрыва технологической цепочки последовательно работающего оборудования.

Следующий этап технологической линии – формование. Формование происходит в вакуумном прессе. Назначением пресса является уплотнение рыхлой массы глинистого сырья с одновременным приданием ей правильной формы. Вакуумирование удаляет пузырьки воздуха. Влажность шихты должна равняться 12-16 %, что дает прочность свежеотформованного образца до 5 МПа.

Выходящий из пресса брус поступает на установки для резки и укладки сырца на печные вагонетки. Выходящий брус режется однострунным резчиком на мерные части, которые разрезаются на изделия многострунным резательным автоматом. Нарезанный сырец устанавливается автоматом на печные вагонетки в четыре прямоугольных пакета. Передаточной тележкой вагонетки подаются в туннельную сушилку. Сушка сырца продолжается 48 часов. Сушилка разделена на две зоны. Движение теплоносителя двух зонную противоточно-прямоточную. Отработанный теплоноситель поступает из печи в конце сушилки и направлен противотоком к движению изделия. Установка вентиляторов подсоса воздуха из атмосферы и вытяжка отработанного теплоносителя позволяет уменьшить абсолютные значения аэродинамических давлений и возможности работы без форкамер и дверей, избежать подсоса воздуха извне.

Туннели сушилки загружаются вагонетками с изделиями периодически, и изделия с определенной температурой попадают в среду теплоносителя с его температурой и влажностью. При превышении температуры изделий по сравнению» с воздухом происходит интенсивная влагоотдача с поверхности (за счет охлаждения изделий) и возможно их растрескивание. При низкой температуре изделий происходит конденсация влаги воздуха на их поверхности, разогрев изделия при увеличении его средней влажности и создается перепад влажности между поверхностью и серединой, что также приводит к растрескиванию изделий. Таким образом, для качественной сушки при минимальном расходе тепла необходимо:

— укладывать кирпич на рамки с равномерным зазором не менее 3 см;

— максимально заполнять кирпичом поперечное сечение тоннеля;

— при менять паропрогрев глиняной массы перед прессованием, расход тепла на прогрев массы компенсируется уменьшением расхода тепла на сушку.

Движение печных вагонеток по туннельной печи осуществляется гидравлическим толкателем.

Это печь непрерывного действия, в прямолинейном канале которой, по рельсовому пути перемещаются вагонетки. Печь составляет в длину 148 м, состоит из четырех зон: зоны досушки, подогрева, обжига и охлаждения. Вдоль зоны обжига установлены автоматические горелки ГСС-20, работающие на природном газе. В конце пути установлен нагнетатель воздуха для охлаждения изделий и вагонеток. После нагрева этого воздуха, он затягивается в глубь печи как окислитель для горения топлива. Отработанные дымовые газы по воздуховодам поступают в туннельную сушилку. С целью достижения оптимального режима обжига сырца жесткого формования длина печи увеличивается на 36 м и создания дополнительной зоны досушки. Для сокращения температурного перепада по высоте канала и обеспечения возможности регулирования скорости нагрева сырца зона досушки разделена на три автономно регулируемые секции с интенсивной рециркуляцией теплоносителя. Первая секция - прямоточная. Рециркуляция осуществляется путем отбора отработанного теплоносителя из обжигового канала на стыке первой и второй секций и подачи его на первую позицию печи. Вторая секция - противоточная. Отработанный теплоноситель отбирается из печи на стыке третьей секции и зоны подогрева и подается частично во вторую секцию и частично в третью - прямоточную. Установленный режим обжига обеспечивает получение качественных изделий при продолжительности тепловой обработки 42 ч. Организация канализованного пола вагонеток ликвидирует недожог нижних радов садки.

После обжига вагонетка направляется на разгрузку и пакетеровку. Упаковка проводится автоматом-пакетеровщиком термоусадочной пленкой. Вывоз пакетов готового кирпича осуществляется электрокаром, загрузка пакетов на транспорт осуществляется козловым краном.

3 Режим работы завода и основных цехов

Отправным для расчета технологического оборудования, потоков сырья, состава рабочих и т.д. является режим работы завода, основных цехов.

Режим работы завода, цехов, определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих часов в смене.

Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий [10].

При 8 –часовой работе в смену режим работы предприятий строительных материалов рекомендуется следующий:

-для цехов с обжигом или другим непрерывно действующим оборудованием принимается режим с непрерывной работой цеха в сутки с учетом коэффициента использования оборудования для ежегодного капитального ремонта : Д=365к.

-для цехов с периодической работой оборудования по заготовке транспортировании сырья и полуфабрикатов, подготовка сырьевой смеси принята работа по непрерывной рабочей неделе с 260 рабочими днями в год.

При оттеке готовой продукции при любых видах транспорта, кроме железнодорожного применяется 2-сменная работа с 260 рабочими днями.

При оттеке готовой продукции потребителю на железнодорожный транспорт применяется трехсменная работа по непрерывной рабочей неделе с 365 рабочими днями.

Для того чтобы назначить режим работы предприятия, необходимо знать из каких технологических операций состоит процесс производства глиняного кирпича. Данные режима работы предприятия показаны в таблице 2.

Таблица 2 – Режим работы предприятия

4 Материальные расчеты процесса

Материальный расчет производства заключается в определении количества загружаемых и получаемых продуктов на каждой стадии технологического процесса с обоснованием расходных коэффициентов по сырью и составам и количеством отходов [7].

Материальный расчет каждой стадии технологического процесса производят на основании закона сохранения масс.

∑G _исх = ∑G _получ + ∑G _отх

где ∑G _исх и ∑G _отх - сумма масс исходных и полученных материалов;

∑G _отх - потери (отходы)

Расчет ведется в порядке обратном технологическому потоку, начиная с отпуска готовой продукции.

В курсовой работе дана производительность 20 млн. шт/год, переводим в м³, получается 20 000 000×0,25×0,12×0,065=38999,99(94) м³, округляем до 40 тыс. м³/год.

Таблица 3 – Потребность в сырье и полуфабрикатах

5 Расчет основного аппарата

Туннельная сушилка.

При проектировании туннельной сушилки для обжига керамических кирпичей, исходя из технологических соображений, выбирают систему садки и соответствующий тип вагонетки. При этом необходимо использовать уже существующие в промышленности серийные типовые размеры печных вагонеток [7].

При заданной годовой производительности сушилки П_г расчетную часовую производительность П_ч определяют по формуле:

П_ч=П_г/24∙Z_p∙K_в=20000000/24∙303∙0,96=2865 шт/ч;

где Z_p- число рабочих дней в году;

К_в- коэффициент использования рабочего времени, равный 0,96.

Требуемую емкость сушилки Е_п подсчитывают по формуле:

где τ_ц – длительность цикла, ч;

Б – отходы сушки, % .

Расчетную длину рабочей части сушильного канала L_p подсчитывают по формуле:

= n_вр∙l_в=42∙3=126 м;

где l_в – габаритная длина одной вагонетки, м;

n_вр- количество вагонеток в рабочей части сушилки.

Общую длину сушилки и общее количество вагонеток n_в определяют по формуле:

L=L_p+n_вф∙l_в=126+2∙3=132 м;

n_в=n_вр+n_вф=42+2=44 шт.

где n_вф – количество вагонеток в форкамерах.

Интервал времени U₃ между двумя загрузками вагонеток составит:

U₃ =60/ n_вр=60∙36/42=51 мин.

Масса материала после сушки будет

G_м = 2989·5= 14945 кг/ч.

Q_мат=14945 (1,12 ·1100 — 0,837·20) = 18 162 060 кдж/ч.

Масса шамотного слоя одной вагонетки равен:

3·3·0,14·1800=2270 кг.

Вес шамотного слоя, отнесенный к 1 ч работы сушилки, составит

кг

Масса изоляционного слоя одной вагонетки

3·3·0,21·700=1320 кг

или на 1 ч работы

кг

Масса металлических частей вагонетки

кг/ч.

Теплоемкость металлических частей вагонетки с_мет =0,5 кдж/кг·ºС.

Определяют производительность аппарата:

где – мощность производства (часовая) по переработке материала или готовой продукции;

– производительность одного аппарата (принимается по паспортным данным);

– 0,942 – нормативный коэффициент использования оборудования.

По результатам расчетов составляют техническую характеристику основного аппарата, которая включает сведения о виде получаемой продукции.

6 Выбор типового серийного основного аппарата

Процесс сушки керамических изделий представляет собой превращение содержащейся в них воды из жидкого состояния в парообразное и последующее удаление ее в окружающую среду. При этом необходимым условием сушки является наличие внешнего источника тепла, нагревающего изделия. Наиболее ответственной является сушка высоковлажного полуфабриката изделий хозяйственной и строительной керамики, изготовленного пластическим формованием.

Простейшим видом сушки является сушка изделий на воздухе, когда испарение влаги из материала происходит за счет тепловой энергии солнца. В настоящее время сушка изделий осуществляется за счет тепла, получаемого от специальных установок [6,7].

Анализируя процессы, происходящие при сушке материалов, необходимо отметить следующее:

1) содержащаяся в материале вода при температуре 80—90^оС испаряется. В этом случае имеет место поверхностное испарение или так называемая внешняя диффузия влаги;

2) при испарении влаги с поверхности материала в окружающую среду влага из внутренних слоев изделия перемещается к его поверхности. Происходит так называемая внутренняя диффузия влаги.

Если в процессе сушки замерять температуры материала и окружающей среды, то обнаруживается, что температура изделия ниже температуры воздуха. Следовательно, во время сушки поверхность твердого тела, имеющего относительно низкую температуру, соприкасается с газом, нагретым до более высокой температуры. Между ними происходит теплообмен. Поэтому процесс сушки можно рассматривать как комплекс параллельно протекающих явлений:

а) испарения влаги с поверхности материала;

б) внутренних перемещений (диффузии) влаги в материале;

в) теплообмена между материалом и окружающей газообразной средой.

При испарении влаги с поверхности изделий влажность поверхностных слоев по сравнению с внутренними слоями уменьшается и возникает так называемый перепад (градиент) влажности.

Внешним показателем процесса сушки является изменение веса материала во времени. Графическое изображение зависимости влажности материала от длительности сушки носит название кривой сушки. Характер кривой определяется влажностью и размерами изделия, способом его формования, а также температурой, влажностью и скоростью теплоносителя. Совокупность указанных факторов определяет режим сушки. Режимом сушки называется изменение интенсивности влагоотдачи изделия путем изменения температуры, относительной влажности и скорости движения теплоносителя.

Изменение режима сушки вызывает изменение интенсивности влагоотдачи изделия, которая определяется количеством влаги, испаряемой с единицы поверхности высушиваемого изделия в единицу времени.

Интенсивность влагоотдачи измеряется в граммах на 1 м² в час.

Сушка зависит от параметров окружающей среды (температуры, влажности и скорости движения теплоносителя), формы связи влаги с материалом, состава, структуры, влажности и температуры полуфабриката.

Если сушку проводят при малых перепадах температуры между полуфабрикатом и средой, малых скоростях и высокой влажности теплоносителя, то влажность полуфабриката медленно уменьшается от исходной w₀, а температура повышается до температуры мокрого термометра t_М. Центр заготовки прогревается медленнее, чем поверхность. Это период прогрева полуфабриката [6].

На втором этапе (период постоянной скорости сушки) влажность заготовки меняется по линейному закону при постоянной температуре.

При сушке испарение воды происходит диффузионным путем. Движущей силой является разность парциальных давлений пара у поверхности и в объеме теплоносителя. Уменьшение влажности во внешних слоях заготовки сопровождается появлением градиента влажности в ее объеме, что вызывает диффузию капельножидкой воды из объема заготовки к поверхности.

Рисунок 2 – Диаграмма сушки полуфабриката: I – период подогрева; II – период постоянной скорости сушки; III – период падающей скорости сушки; IV – гигроскопическое состояние; 1 – влажность; 2,2`- температура поверхности и центра; 3 – скорость сушки; 4 – градиент температуры; 5 – усадка.

При наличии градиента температуры на процесс влагопроводности накладывается процесс термовлагопроводностни: вода стремится переместиться в области с меньшей температурой. Термовлагопроводность связана с уменьшением поверхностного натяжения и вязкости воды при повышении температуры и движением пузырьков воздуха в капиллярах. При интенсивном подводе теплоты возможно испарение влаги в глубинных слоях заготовки и удалении воды по механизму паропроводности. Движущей силой процесса является перепад давления водяного пара.

Коэффициент влагопроводности К зависит от структуры, влажности и температуры материала и увеличивается с ростом размера капилляров и частиц твердой фазы.

Интенсивность сушки может быть повышена несколькими способами или их комбинацией:

- совмещением направления процессов влагопроводности и термовлагопроводностни при увеличении температуры заготовки по сравнению с температурой окружающей среды (теплоносителя); этот способ используют при сушке полых изделий (электроизоляторов, тиглей), помещая нагреватели во внутреннюю полость заготовки.

- увеличением коэффициента влагопроводности путем повышения пористости заготовки и размеров частиц твердой фазы.

- снижением общего давления в сушиле.

При удалении воды в порах заготовки образуются вогнутые мениски жидкости. Капиллярное давление увеличивается, уменьшается толщина прослоек жидкости, частицы сближаются, образуя каркас. При влажности, близкой к критической, капиллярные силы уравновешиваются силами трения, сближение частиц и усадка заготовки прекращается. Дальнейшее снижение влажности происходит за счет освобождения объема пор без изменения размеров.

Изменение размеров полуфабриката в сушке характеризуют линейной или объемной усадкой, выраженной в процентах.

Усадка зависит от влажности заготовки и размера частиц твердой фазы. Линейная усадка в сушке заготовок пластического формования составляет 6-8%.

Величины критической влажности и усадки зависят от режима сушки. Наибольшую усадку имеют заготовки, высушенные в равновесных условиях. Чем выше температура и ниже влажность теплоносителя, тем меньше усадка. Рост градиента влажности в объеме заготовки увеличивает разницу между фактической и максимально возможной усадками. Эта разница (недопущенная усадка) вызывает появление механического напряжения. Если последнее превысит предел прочности материала, то в теле заготовки образуется трещина.

Причиной появления трещин в период постоянной скорости сушки полуфабриката является перепад влажности между наружными и внутренними частями заготовки. Критерием трещинообразования могут служить максимально допустимая разность между средней (интегральной) влажностью заготовки W_t и влажностью ее поверхности W_пов [6].

Продолжительность сушки зависит от толщины высушиваемого изделия и не зависит от его плотности и площади поверхности.

В период падающей скорости сушки усадки отсутствуют, поэтому сушку можно интенсифицировать, повысив температуру и скорость движения теплоносителя.

В процессе сушки могут возникать различные дефекты.

Техническая характеристика туннельной сушилки

Режим сушки принят следующий.

Интервал температур, ºС Продолжительность сушки, ч

20—550 12

550—1100 12

1100—60 12

Годовая производительность одной туннельной сушилки равна 25000000 шт в год.

Расчёт фактической производительности выбранного аппарата для переработки материалов определяется коэффициентом использования аппарата по производительности:

(20000000/25000000)*100%=80 %,

где и - соответственно, требуемая и фактическая производительность аппарата в сопоставимых единицах.

Данный коэффициент использования аппарата показал, что туннельная сушка работает на 80 %.

7 Составление спецификаций оборудования

Кроме основного аппарата, расчет которого производится для осуществления технологического процесса, требуется основное технологическое оборудование других типов и назначения, подъемно-транспортное оборудование, а также вспомогательное оборудование. Номенклатура всего оборудования обусловлена в каждом отдельном случае спецификой технологического процесса.

Для правильного выбора устанавливаемого оборудования необходимо иметь его полную характеристику. Предпочтение следует отдавать типовому оборудованию, которое серийно выпускается заводами машиностроения. В ряде случаев для осуществления технологических операций выгоднее приспособить и дооборудовать типовой аппарат, чем специально разработать новую конструкцию. Технические характеристики машин и аппаратов находят в каталогах - справочниках на оборудование или специальных изданиях исследовательских и проектных организаций [10].

Описание устанавливаемого оборудования должно быть кратким и четким. Выбор каждого аппарата производится отдельно и начинается с наименования аппарата и его номера по технологической схеме. Затем описываются исходные данные: вид и количество перерабатываемых сырьевых материалов, продолжительности переработки. По каталогу или техническому паспорту, выбирается аппарат и делается вывод о количестве устанавливаемых аппаратов. Выписывается производительность и технические характеристики. Для типового оборудования достаточно указать номер, тип или марку. Все выбранное оборудование сводится в таблицу 7.

Таблица 7 – Спецификация оборудования для производства керамических камней

8 Контроль и автоматизация процесса

Тепловую обработку материалов и изделий проводят по заданному технологическому режиму, нарушение которого приводит к браку изделий. Для предупреждения отклонений от установленных режимов требуется постоянный контроль за работой печи при помощи различных контрольно-измерительных и регулирующих приборов и устройств [7].

Каждая печь имеет свои особенности, которыми она отличается от других печей, например, по конструкции, виду топлива или виду обжигаемого материала. Основная особенность туннельных печей - обжиг изделий на вагонетках, передвигающихся вдоль печного канала с определенной скоростью и проходящих отдельные зоны с различными заданными температурами. Топливо сжигается в средине печи - в зоне обжига, которая располагается между зонами охлаждения и подогрева.

Система обеспечивает:

- Автоматическое регулирование температуры в зоне обжига;

- Стабилизацию давления газа в общем газопроводе;

- Стабилизацию разрежения;

- Контроль температуры с регистрацией на ленточной диаграмме в зоне обжига;

- Контроль температуры в зоне подогрева;

- Контроль температуры в зоне охлаждения;

- Контроль давления газа в общем газопроводе;

- Световую и звуковую сигнализацию основных технологических параметров;

- Дистанционное и автоматическое отключение газа при аварийных ситуациях.

Процесс контроля и оперативного управления осуществляется оператором-технологом, который получает информацию о ходе технологического процесса с устройств быстрой печати, дисплея, мнемосхем и т. д. и выдает операторам местных постов управления рекомендации по управлению. С помощью дисплея осуществляется вывод различного вида, сообщений на экран и формируются различные запросы оператором-технологом с помощью клавиатуры, дисплея. Мнемосхема служит в основном для отражения работы основного оборудования. Пульт управления оборудования предназначен для аварийных отключений оборудования оператором-технологом.

Основными задачами системы контроля являются:

- определение качества поступающих на завод материалов;

- установление состава и свойств потоков материалов в процессе производства;

- слежение за параметрами технологического процесса по всем производственным переделам;

- контроль качества и сертификация (паспортизация) продукции;

- анализ и обобщение результатов контроля по всем переделам с целью совершенствования технологического процесса.

Подсистема оперативного технологического контроля (обслуживающий персонал основного производства, цеховые лаборатории) занимается определением состава и свойств материалов на входах и выходах конкретных технологических участков производства и контролем соответствия получаемых результатов требуемым значениям. Объем определений здесь должен быть минимально необходимым и не требующим сложного оборудования для осуществления контроля.

Подсистема параметрического контроля (служба контрольно-измерительных приборов и автоматизированных систем управления, КИП и АСУ) оценивает состояние оборудования и режимы его работы, контролирует технологические параметры, измеряет расходы в технологических потоках, уровни в емкостях и т.д.

Подсистема технического контроля (отдел технического контроля, ОТК) обеспечивает контроль качества и соответствие выпускаемых материалов и изделий действующей нормативной документации (государственным или отраслевым стандартам, техническим условиям, стандартам предприятия), а также осуществляет сертификацию (паспортизацию) продукции. В функции ОТК входит не только фиксирование появления некачественной продукции, но и предупреждение подобных фактов. С этой целью ОТК контролирует качество поступающих на предприятие материалов, соблюдение установленной технологии, устанавливает причины, вызывающие брак и снижающие качество продукции. ОТК также оформляет необходимые акты и добивается устранения причин негативных явлений и их последствий. ОТК проводит свою работу в тесном контакте с заводской и цеховыми лабораториями.

9 Охрана окружающей среды

На протяжении всей производственной деятельности охрана окружающей среды являлась и является одним из приоритетных направлений деятельности завода.

На заводе имеются очистные сооружения, что позволит выдерживать нормативные требования Правил приема сточных вод в систему канализации и на биологические очистные сооружения. Очистка отходящих газов от пыли производится с помощью пылегазоочистных установок (ПГУ).

На заводе налажен учет, сбор отходов производства, определены места временного хранения отходов. Утилизацию отходов производят на специализированных предприятиях. Для соблюдения экологических, санитарно-эпидемиологических и пожарных норм и правил при осуществлении производственной деятельности на предприятии имеется нормативно-методическое обеспечение, разработаны нормативно-экологические проекты, инструктивные документы по обращению с отдельными видами отходов [7].

Для контроля влияния вредных факторов, влияющих на окружающую среду ведется непрерывный мониторинг, осуществляемый испытательной лабораторией в соответствии с системой менеджмента окружающей среды в соответствии с международным стандартом ИСО 14001.

В число основных задач политики окружающей среды входит соблюдение законодательных и нормативных требований и требований потребителей, минимизация воздействия предприятия на окружающую среду, постоянное улучшение экологических показателей, информирование заинтересованной общественности о деятельности предприятия в области охраны окружающей среды, рациональное использование энергетических и других ресурсов, создание системы непрерывного экологического образования всех его работников [7].

Для реализации этих задач разработана программа мероприятий по охране окружающей среды и предусмотрена система экологического управления.

10 Техника безопасности

Рабочие предприятий глиняных материалов должны овладеть обязательным минимумом технических знаний, который включает знание техники безопасности. При приемке на работу должен проходить общий инструктаж по безопасным методам работы и инструктаж непосредственно на рабочем месте.

Вводный инструктаж, проводимый инженером по техники безопасности по утвержденной программе, включает ознакомление вновь поступающего на работу с технологией и основными опасными участками данного производства, правилами безопасной организации рабочего места, безопасными приемами и методами работы, правилами гигиены и нормами трудового законодательства.

Инструктаж осуществляется поэтапно: первичный, повторный и внеплановый. Первичный инструктаж на рабочем месте проводится индивидуально со всеми вновь принятыми и переведенными с других участков производства рабочих. Инструктаж проводит мастер на месте работы. После того как мастер убедится в том, что рабочим освоены безопасные методы работы, он допускает его к работе. Повторный инструктаж на рабочем месте проводят со всеми работниками, независимо от квалификации и стажа работы ежеквартально, в начале квартала, по программе первичного инструктажа [13]..

Внеплановый инструктаж проводится мастером производственного участка в следующих случаях: при изменении технологического процесса, замене оборудования; при несчастных случаях и профессиональных заболеваниях рабочих; при нарушении правил и инструкций техники безопасности. О проведении инструктажа обязательно делается запись в журнале производственного инструктажа с подписью инструктируемого.

В процессе работы все рабочие должны соблюдать следующие общие правила: перед началом работы нужно проверить спецодежду и обувь. На одежде не должно быть свободных концов, переодеваться надо только в отведенных для этого местах. Освещенность рабочей площади и оборудования должна обеспечивать четкую видимость, со свободным проходом к месту. Правильно и удобно расположить инструменты, материалы. Проверить исправность оборудования.

Пуск оборудования разрешается только после проверки его исправности. Сначала пускают оборудование в холостую, перед пуском обязательно подается звуковой или световой сигнал. Работа при неисправной сигнализации запрещается. Движущиеся части машин и механизмов должны быть надежно огорожены.

Все механизмы, электродвигатели, пускатели должны быть заземлены. Электродвигатель закрывают кожухом. Электроустройства ремонтирует только дежурный электромонтер. При ремонте любого оборудования на выключатель вешается табличка «не включать! Работают люди».

В случаи нарушения правил лица привлекаются к административной ответственности, а при значительных нарушениях – к уголовной. Все инструкции и правила безопасности утверждаются главным инженером и профсоюзным комитетом организаций [13]..

Общие требования безопасности. К работе допускаются лица не моложе 18 лет, имеющие удостоверение на право управления соответствующей печью, прошедшие обучение и инструктаж по ОТ и ТБ.

К использованию допускаются печи отвечающие требованиям ГОСТ.

Безопасность работы печи обеспечивается использованием оборудования в соответствии с технической документацией, поддержанием работоспособного состояния оборудования, применением рабочими СИЗ.

На участках, где это требуется по условиям труда, необходимо вывешивать предупредительные надписи и знаки безопасности, оборудовать первичными средствами пожаротушения, медицинскими аптечками.

Техника безопасности перед началом работы. Привести в порядок рабочее место и при необходимости надеть спецодежду и СИЗ.

Осмотреть туннельную сушилку, оборудование, наличие инструмента и его исправность.

Проверить наличие и исправность защитных ограждений, заземления, наличие и исправность световых сигналов, работоспособность системы.

Перед пуском машин и агрегатов необходимо убедиться в отсутствии посторонних предметов в рабочей зоне, дать предупредительный звуковой сигнал.

Техника безопасности во время сушки кирпича-сырца в искусственных сушилках. Во время работы печи необходимо следить за температурой нагрева глиняного кирпича, за давлением сжатого воздуха. За работой и показаниями проборов.

По окончании работы произвести уборку рабочего места, привести в порядок и очистить узлы и механизмы, ручной инструмент и приспособления уложить в отведенное место [13]..

Требования безопасности труда при эксплуатации туннельных печей. Все туннельные сушилки, где в качестве теплоносителей применяют дымовые (отходящие) газы, работают под разряжение; показатели разряжения записываются в специальный журнал.

При работе искусственных сушилок на отходящих газах систематически отбирают пробы воздуха в камерах, туннелях и помещениях сушилок для определения в нем концентрации угарных газов и других газов. В случае превышения концентрации угарного газа, предусмотренной санитарными нормами, немедленно принимают меры к ликвидации загазованности.

В помещениях, где кирпич - сырец сушат топочными газами, устанавливают общеобменную вентиляцию и устаивают фрамуги в оконных проемах для естественного воздухообмена.

Спуск людей в каналы разрешается только по специально устроенным лестницам, укрепленным в стенах. Спускающийся рабочий должен надеть предохранительный пояс, прикрепленный к веревке, свободный конец которой должен находиться в натянутом состоянии в руках рабочего, наблюдающего снаружи у люка канала.

Теплоноситель можно подавать в туннели сушилки только после того, как плотно закрыты люки и двери.

Выступы для рамок с кирпичом-сырцом в сушилках должны быть ровными и горизонтальными и исключать задевание за рамки и падение кирпича-сырца [13]..

Рельсы путей в камерах сушилок и в помещениях сушильных от делений укладывают на прочном основании. Стыки рельсов обеспечивают продвижение вагонеток баз сотрясений и толчков.

Снятие кирпича-сырца или установка его на рамки или вагонетки в камерах, а также укладка его на неисправные вагонетки или рамки запрещена.

Доступ рабочих в туннель разрешается только при полном закрытии шибера подводящих газов температуре в камере не выше 0⁰С.

Подача вагонеток в сушилку должна производиться механическими и автоматическими толкателями. Пользоваться ручными приспособлениями воспрещается.

Список используемых источников

1. Золотарский А.З., Шейнман А.Ш. Производство глиняного кирпича. – М. Высшая школа, 1989.

2. Августиник А.И. – Керамика. Стройиздат, 1975.

3. Рыбьев И.А Строительное материаловедение. М.: Высш.шк., 2004.

4. ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические»

5. ГОСТ 7484-78 «Кирпич и камни, керамические лицевые»

6. Наназашвили И.Х Справочник – Строительные материалы, изделия и конструкции. М., 1990.

7. Роговой М.И Теплотехническое оборудование керамических заводов. М., 1983.

8. ГОСТ 9169-75 «Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация».

9. ГОСТ 21216.11-93 «Сырье глинистое. Метод определения огнеупорности легкоплавких глин»

10. Основин В.Н., Шуляков Л.В., Дубяго Д.С. Справочник по строительным материалам и изделиям. – Ростов – на – Дону: Феникс, 2006.

11. Сайбулатов С.Ж. Производство керамического кирпича. –М.: Стройиздат, 1989.

12. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы – М.: Изд–во Ассоциации строительных вузов, 2004.

13. Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронина В.В., Трескова Н.В. Проектирование предприятий по производству строительных материалов и изделий. – М.: Изд–во Ассоциации строительных вузов, 2005.