Разработка технологической схемы производства силикатного кирпича и описание технологического процесса
Введение
При огромных масштабах промышленного, жилищного и культурно-бытового строительства в нашей стране, развитие промышленности строительных материалов является одним из важнейших условий создания материально-технической базы. Значительная роль при этом принадлежит предприятиям, изготавливающим глиняный и силикатный кирпич. В нашей стране ежегодно производится свыше 30 млн. штук кирпича.
Силикатный кирпич - широко распространенный стеновой материал, представляющий собой искусственный камень, получаемый из смеси кварцевого песка и извести путем прессования и последующего твердения в автоклаве под действием пара высокого давления. Он отличается сравнительной износостойкостью и хорошими строительными качествами: правильной формой, точными размерами и необходимой прочностью.
Производство силикатного кирпича имеет ряд преимуществ по сравнению с производством глиняного кирпича. Оно характеризуется более высокой степенью механизации, компактностью технологического оборудования, коротким циклом производства, сравнительно небольшим расходом топлива.
Россия одна из первых стран в мире начала выпуск силикатного кирпича. Широко проводились научно-исследовательские работы, направленные на усовершенствование технологии и повышение качества силикатного кирпича.
Среди стеновых строительных материалов силикатный кирпич по объему применения занимает одно из ведущих мест. Из силикатного кирпича возводится свыше 15% зданий в стране.
В последние годы разрабатывается более совершенная технология производственных процессов, позволяющая выпускать высококачественную продукцию, внедряется автоматизированная система управления технологическими процессами.
Силикатный кирпич по ГОСТ 379-95 «Кирпич и камни силикатные» подразделяется на обыкновенный (250 х 120 х 65 мм), утолщенный (250 х 120 х 88 мм) кирпич и силикатный камень (250 х 120 х 136 мм). Обыкновенный кирпич бывает только полнотелый, а утолщенный может быть как полнотелым, так и пустотелым с пустотностью 5 - 15%. Силикатные камни выпускают пустотелыми с пустотностью 25%. В зависимости от предела прочности при сжатии силикатный кирпич делится, согласно ГОСТ 379-95, на марки: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250 и 300.
Силикатный кирпич должен выдерживать испытание на морозостойкость. Марки кирпича по морозостойкости: F 15, F 25, F 35, F 50.
Лицевой кирпич должен иметь марку не ниже 125 и по морозостойкости не ниже F 25. Лицевой кирпич не допускает шероховатостей, сколов, имеет четкие грани и точные размеры без всяких отклонений.
В зависимости от средней плотности полнотелые изделия подразделяют: на пористые со средней плотностью до 1500 кг/м³ и на плотные, с плотностью более 1500 кг/м³.
Силикатный кирпич в широких масштабах используется не только для возведения стен, но и для облицовки фасадов зданий. В последние годы значительно возрос объем индивидуального строительства, а вместе с ним и требования к кирпичу по внешнему виду, прочности и атмосферостойкости. С изменением строительных норм и правил выросла потребность в пористых изделиях с низкой теплопроводностью и высокой прочностью. В производстве силикатных автоклавных материалов этого можно достичь, увеличивая производство пустотелых изделий, масса которых меньше на 25 - 30%, коэффициент теплопроводности на 17 - 33% в сравнении с полнотелыми изделиями. Это достигается правильным выбором сырьевых компонентов и оптимальной технологической схемы производства с использованием современного оборудования.
1. Разработка технологической схемы производства и описание технологического процесса
Основным компонентом силикатного кирпича (85-90% по массе) является песок. Современное производство силикатного кирпича мощностью 100-150 млн штук потребляет 240-360 тыс. м³ песка ежегодно. Поэтому заводы силикатного кирпича размещают вблизи месторождений песка, а карьеры по его добыче являются основной частью предприятий. Состав и свойства песка влияют как на качество готовых изделий, так и на особенности технологического процесса производства.
Основным минералом природных песков является кварц. Однако чистые кварцевые пески встречаются редко. Наряду с кварцем в природных песках присутствуют полевые шпаты, минералы глин, карбонаты, слюды, оксиды железа и др.
В зависимости от крупности зерен пески разделяют на:
Крупные - модуль крупности более 2,5;
Средние - модуль крупности 2,0…2,5;
Мелкие - модуль крупности 1,5…2,0;
Очень мелкие - модуль крупности 1,0…1,5.
С целью получения оптимальной упаковки зерен при формовании пески в технологическом процессе производства могут фракционироваться с последующим смешением отдельных фракций, в отдельных случаях вводятся отсевы дробления плотных горных пород либо различные добавки. Требования к пескам для производства силикатного кирпича нормированы ОСТ 28 - 1 - 80 «Песок для производства силикатных изделий автоклавного твердения». Поэтому при использовании различных песков их смесь анализируют на соответствие этим требованиям (табл. 1).
Таблица 1 Технические требования к пескам для производства силикатного кирпича, камней и других мелкоштучных прессованных изделий
№ПоказательЗначение показателя1Содержание кварца (несвязанной SiO2), %Не менее 502Содержание зерен размером от 5 до 10 мм, %Не более 103Содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц, размером менее 0,05 мм, % Не более 204Содержание щелочей (в пересчете на Na2O), %Не более 7,25Содержание сернистых и сернокислых соединений (в пересчете на SO3), % Не более 26Содержание слюды, %Не более 0,57Содержание органических примесейНе темнее цвета эталона8Примеси древесины, камни, металл, песчаник и глина в виде комьев Не допускаются9Зерновой состав песка по полным остаткам на ситах, %: 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 проход через сито 0,14 0-0 0-15 0-20 5-60 10-80 30-100 70-0
Известь является вторым компонентом силикатной смеси и самым дорогим. По ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия» воздушная строительная известь по содержанию основных оксидов СаО и MgО в активном состоянии подразделяется на:
Кальциевую - с содержанием СаО более 70% и MgO не более 5%;
Магнезиальную - с содержание CаО более 70% и MgО не более 20%;
Доломитовую - с содержанием MgO не более 40%.
По содержанию активных СаО и MgО кальциевая известь делится на три сорта:
сорт - с содержанием (СаО и MgО)акт более 90%;
сорт - с содержанием (СаО и MgО)акт 80-90%;
сорт - с содержанием (СаО и MgО)акт 70-80%.
По фракционному составу известь подразделяют на комовую и порошкообразную. Известковые заводы (цехи) выпускают негашеную и гидратную (гашеную) известь, получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести.
Строительная негашеная известь по времени гашения подразделяется на быстрогасящуюся - не более 8 мин, среднегасящуюся - не более 25 мин и медленногасящуюся - более 25 мин. Пережог извести не допускается.
В основном заводы по производству силикатного кирпича применяют комовую негашеную известь как собственного производства, так и привозную. Скорость и полнота гашения определяют длительность отдельных технологических параметров, а условия протекания химической реакции гидратации СаО как температура, водоизвестковое отношение, дисперсность исходного продукта и т.д. - свойства получаемого гидроксида кальция. Все это в конечном счете влияет на особенности технологического процесса производства и качество производимых изделий.
В качестве известкового компонента может использоваться магнезиальная или доломитовая известь при условии активного состояния MgО в ней, что обеспечивается скоростным обжигом в узком интервале температур в печах кипящего слоя (900-9500С). При длительных сроках гашения извести с высоким содержанием MgО необходимо предусмотреть ускорение процесса гашения - более тонкий помол извести, предварительное ее гашение в гасильных барабанах под давлением пара 0,5-0,6 МПа, использование горячей воды для гашения или пара.
Песок добывают в карьере с помощью одноковшового экскаватора. При добыче обводненных песков используют земснаряд с намывом карт песка, которые разрабатываются после естественной фильтрации также экскаватором. Доставка песка на завод осуществляется автомобильным, железнодорожным и комбинированным транспортом. На предприятии имеется крытое приемное отделение песка. В регионах с низкими температурами на территории завода создается промежуточное складирование песка рядом с приемным отделением. Песок разгружается на решетку приемного бункера. В зимнее время крупные комки мерзлого песка дробятся специальным агрегатом для дробления. Камни и крупные включения периодически удаляются автотранспортом.
Из бункерного склада, оснащенного при необходимости оборудованием для размораживания мерзлого песка, песок системой транспортеров подается на инерционный грохот.
На виброгрохотах при просеве песка следует устанавливать два сита: верхнее с крупными ячейками 30х30 мм и нижнее - с мелкими 10х10 мм, что наряду с очисткой песка позволяет проводить его фракционирование.
На грохоте из песка удаляются камни и разные включения размером более 20 мм. Включения поступают в бункер отходов и периодически удаляются автотранспортом в отвал.
В случае наличия крупных включений, глины и плохой формуемости силикатной смеси последние могут отдельно измельчаться в бегунах, и вводится в песок в допустимых пределах согласно ГОСТ 21-1-80.
С помощью транспортирующей системы песок поступает в расходные бункеры помольного и смесеприготовительного отделений.
Известь поступает на завод железнодорожным и автомобильным транспортом (из силосов известкового цеха). Крытое приемное отделение обеспечивает выгрузку извести из полувагонов или хоперов (или с автомобильного транспорта), из которых известь самотеком поступает в приемный бункер. Крупная известь, в частности обожженная в шахтных печах, и крупно гранулированная из вращающихся печей системой транспортеров подается на дробление.
На заводах силикатного кирпича при дроблении комовой извести применяют в основном щековые дробилки производительностью до 10 т/ч, которые обеспечивают получение требуемой после дробления фракции 10 мм. В последние годы с целью интенсификации процессов дробления комовой извести и помола вяжущего используют эффективные дробилки ударно-центробежного действия ОПД-50С, а также роторные дробилки СМД-114 (производительностью 55 м³/ч). Дробленая известь с размером кусков не более 10 мм подается в силосный склад извести. Со склада известь поступает в расходный бункер, откуда мелкодробленая негашеная известь пневмотранспортом подается в расходный бункер помольного отделения.
Добавки в зависимости от их назначения могут подаваться в смесь на разных переделах производства. Прием и подготовка крупных и мелкодисперсных добавок аналогичны песку. Количество вводимой добавки регламентируется качеством ее смеси с песком.
Пористый заполнитель можно вводить в силикатную смесь после гашения силикатной смеси на последней стадии перемешивания - в смеситель доувлажнения.
Бой силикатного кирпича, который используется как кристаллическая затравка, системой транспортеров подается на дробление извести и боя. Дробленый бой направляется в расходный бункер.
Силикатные заводы для приготовления вяжущего в основном используют негашеную дробленую известь и песок с карьерной влажностью 4-7%. Рекомендуется предварительно смешивать дробленую известь с песком в лопастной мешалке СМ-246, а затем выдержать эту смесь в расходном бункере перед мельницей. При этом основная часть влаги из песка удаляется в процессе перемешивания.
Песок, известь и добавки поступают из расходных бункеров в смеситель через весовые дозаторы разных исполнений. Точность дозирования является одним из важнейших факторов, влияющих на однородность силикатной смеси и прочность кирпича.
Установлено, что требуемая прочность сырца и хорошие внешние показатели кирпича достигаются при совместном помоле извести и песка в соотношении 1:1. Содержание молотого песка в смеси должно быть не менее 10%. Соотношение извести и песка в вяжущем может меняться в зависимости от качества измельчаемых компонентов и характеристик помольного оборудования. Когда в карьерном песке содержится достаточное количество тонкодисперсных фракций, которые могут являться кремнеземистым компонентом вяжущего либо его частью, измельчению подлежит только известь либо ее доля в вяжущем возрастает до 70-80%.
Из расходных бункеров дозаторами смесь песка с известью поступает в шаровые мельницы типа СНМ-205 или СМ-1456, снабженные просеивающей решеткой.
Продукт помола шнековым питателем и системой пневмотранспорта подается в емкость для усреднения вяжущего, откуда в расходный бункер вяжущего. Перед пневмокамерным насосом необходимо предусмотреть возможность удаления металлических предметов электромагнитом. При использовании пневмотранспорта на бункерах устанавливают аспирационные устройства для очистки выбрасываемого воздуха.
Природный песок, вяжущее и добавки весовыми дозаторами подаются в смеситель, куда дозатором подается горячая вода (конденсат). В смесителе происходит первичное перемешивание компонентов. По технологическим требованиям при первичном перемешивании необходимо добиться равномерного распределения в смеси извести и воды, что обеспечивает нормальное гашение и последующую обработку смеси в силосах. Количество воды должно обеспечивать полное гашение извести в силикатной смеси. Влажность гашеной смеси после силоса должна составлять около 3%.
Для первичного перемешивания длительное время применяли смесители СМ-447, СМ-246 и СМ-126. Сейчас стали применять двухвальный быстроходный смеситель СМС-95. после перемешивания в смесителе система транспортеров подает силикатную смесь на гашение. На некоторых предприятиях используют гашение смеси в барабанах под давлением. В основном гашение смеси протекает в силосах периодического и непрерывного действия.
Продолжительность нахождения смеси в силосах должна обеспечивать полное гашение извести в смеси и определяется свойствами применяемого сырья, и в первую очередь извести. Время гашения извести в силикатной смеси значительно меньше, чем при гашении чистой извести за счет отвода тепла песком.
После выхода из силосов смесь системой ленточных конвейеров подается на доувлажнение и дополнительное перемешивание в смеситель. Как уже отмечалось выше, в случае неравномерного предварительно усреднения и увлажнения смеси в силосах возможно образование крупных агрегатов, поэтому после силоса устанавливают смеситель для повторного перемешивания и увлажнения смеси. С этой целью используют двухвальный быстроходный смеситель серии СМС-95. Доувлажненная силикатная смесь ленточными конвейерами подается в расходные бункера прессов. Последовательность операций на прессе следующая: предварительно перемешанная и увлажненная силикатная смесь поступает через бункер в лопастную мешалку над прессом, где она дополнительно перемешивается и может увлажняться. Через окно в днище мешалки смесь поступает в пресс-формы стола. После засыпки смеси в две пресс-формы стол поворачивается на 450 и подает на позицию прессования. Прессующий поршень нажимает на опорные плоскости двух штампов, которые передают усилие на смесь и сжимают ее до размера кирпича по высоте. Затем после опускания прессующего поршня, стол поворачивается и штампы переносятся на позицию выталкивания кирпича-сырца, а затем на позицию съема. После съема кирпича-сырца и очистки штампов повторяется поворот стола, штампы опускаются и поступают на позицию засыпки и цикл повторяется.
Отформованный сырец снимается со стола пресса и укладывается на автоклавную вагонетку автоматом-укладчиком. Брак сырца и просыпь возвращается системой конвейеров на распределитель смеси над прессами.
Автоклавная обработка заключается в гидротермальной обработке сырца острым насыщенным паром - это процесс, в течение которого образуются химические соединения - гидросиликаты кальция, связывающие зерна песка в монолит.
Процесс автоклавной обработки управляется автоматически. Автоклавы, используемые на предприятиях, работают в основном при давлении пара, не превышающем 1,2-1,6 МПа. Вагонетки с сырцом загружаются в автоклавы толкателями, перемещающимися по путям параллельно линии расположения автоклава или размещенных на передаточных тележках, подвозящих запарочные вагонетки с сырцом к автоклавам.
После автоклавной обработки вагонетки с кирпичом откатываются на площадку склада готовой продукции. Готовый кирпич и камни подвергаются внешнему осмотру и контролю качества.
Отгрузка кирпича в железнодорожные вагоны и автомашины осуществляется мостовыми кранами, съем кирпича с вагонеток - грейферным краном.
Транспортировка кирпича осуществляется в основном в соответствующих пакетах или контейнерах.
Образующийся бой кирпича накапливается на складе в бункере, откуда его возвращают в производство. Бой кирпича можно применять как компонент вяжущего в количестве до 10% от его состава. Дробление боя производится в дробилке в линии подготовки извести.
Вагонетки после разгрузки подвергаются осмотру, очистке и после смазки подаются к прессам.
2 Материальный баланс завода силикатного кирпича
Расчет удельного расхода сырьевых материалов
Баланс материальных потоков на предприятии (в цехе) выражается в виде материального баланса. Чтобы определить потребности предприятия в сырьевых материалах, первоначально рассчитывают удельный расход сырьевых материалов на единицу выпускаемой продукции. За единицу принимаем 1000 штук одиннадцати пустотного камня с размером 250х120х138 мм.
Исходные данные:
Объем 1000 штук одинарного кирпича -4,14 м³.
Плотность кирпича рк-1710 кг/м³.
Активность извести Аизв-75%.
М=120 млн. штук в год.
Масса 1000 штук сухого камня Мс, кг. составит:
Мс = 2,105 *рк =4,14 *1710=7079,4 кг.
Т.к. пустотность камня равна 25% значит масса сухого камня Мс, кг. составит:
Мс =Мс*0,75=4,14*0,75=5309,55 кг
Теоретический расход извести Gи, кг/1000 шт. кирпича:
Gи = Mc*Асм. / Аизв.= 5309,55 * 8/80=530,955 кг/1000 шт.
Теоретический расход песка Gn, кг/1000 шт.
Gn = Mc-Gи= 5309,55 -530,955 =4778,595 кг/1000 шт.
Теоретический расход песка естественной влажности Gwn, кг/1000 шт.
Gwn =100/100-Wn*Gn =100/(100-5)* 4778,595 =5030,1 кг/1000 шт.
где Wn-естественная влажность песка, Wn=5%.
При равных количествах измельчаемых извести и песка, количество измельчаемого песка на 1000 шт.
Gnизм = Gи = 530,955 кг/1000 шт.
Теоретический расход неизмельчаемого сухого и влажного песка на 1000 шт.
Gnн = Gn-Gnизм =4778,595 -530,955 =4247,64 кг/1000 шт.
Gnнw =Gnн*100/(100-Wn) =4247,64 *100/(100-5) = 4471,2 кг/1000 шт.
Таблица 2 Выбор режима работы завода
Подразделения заводаРабочее времяВ сменуВ суткиВ неделюВ годЧасовСменЧасовСут.Час.Сут.Час.Карьер832451203057320Отделение приготовления вяжущего и силикатной смеси832471683568544Формование и автоклавирование силикатного кирпича832471683568544
Расчет материального баланса отдельных цехов.
Выработка одинарного кирпича в млн. штук в год Рк с учетом его брака после автоклавной обработки:
Рк = Р*100/(100-Пк) =100*(100-1,2) = 121,4575 млн. штук в год.
где Пк - процент брака кирпича при автоклавной обработке, Пк=1,2%
Потери песка: при добыче и транспортировке Пд = 1,5%
при очистке По.ч.=4%
при измельчении Пв=1%
Суммарные потери песка Пп, масс.%
Пп =Пд+По.ч.+Пв=1,5+4+1=6,5%
Действительный удельный расход сухого песка кг./1000 шт.
Gnд=Gn*100/(100-Пп) =4778,595 *100/(100-6,5) =5110,797 кг./1000 шт.
Действительный удельный расход песка естественной влажности, кг/1000 шт.
Gnдw=Gnд*100/(100-Wn)=5110,797*100/(100-5)=5379,786 кг/1000 шт.
Годовая потребность предприятия в песке естественной влажности, т.
Рn=Gдw * Рк/1000 = 5379,786 *121,4575/1000 =653,415 т.
Выработка песка карьером:
В год Рn =653,415 т.
В месяц Pnm =Pn/12= 653,415 /12 =54,45128 т.
В неделю Pnн =Pn/48 = 653,415 /48 =13,61281 т.
В сутки Pnc= Pn/305 = 653,415 /305=2,14234 т.
В час Pnч = Pn/7320 = 653,415 /7320 =0,08926 т.
Отделение приготовления вяжущего и силикатной смеси.
Действительный удельный расход извести, кг/1000 шт.
Gид =Gи*100/(100-Пи) =530,955 *100/(100-1,5) =539,041 кг/1000 шт.
Потребность в извести:
В год Ри = Gид * Рк/1000 = 539,041 *121,4575/1000 =65,47052 т.
В месяц Рим = Gид * Рк/12 = 65,47052/12 = 5,45588 т.
В неделю Рин = Gид * Рк/51 = 65,47052 /51 =1,28374 т.
В сутки Рис = Gид * Рк/356 = 65,47052 /356=0,18391 т.
В час Рич = Gид * Рк/8544 = 65,47052 /8544 =0,00766 т.
Действительный расход влажного измельченного песка, кг на 1000 штук условного кирпича, при указанном выше соотношении извести и песка при помоле (1:1) составит:
Gnизм = Gид =539,041 кг./1000 шт.
Расход песка естественной влажности, кг, идущего на помол вяжущего, при принятом соотношении извести и песка:
В год Рnизм = Gnизм *Рк/1000=539,041 *121,4575/1000 =65,47052 т.
В месяц Pnизм.м = Gnизм * Рк/12= 65,47052/12 = 5,45588 т.
В неделю Рnизм.н = Gnизм * Рк/51= 65,47052 /51 =1,28374 т.
В сутки Pnизм.с = Gnизм * Рк/356= 65,47052 /356=0,18391 т.
В час Pnизм.ч = Gnизм * Рк/8544=65,47052 /8544 =0,00766 т.
Потребность в неизмельчаемом песке естественной влажности, т:
В год Pnз. =Pn - Pnизм =653,415 -65,47052 =587,9444 т.
В месяц Pnзм = Pnm - Pnизм.м = 54,45128 -5,45588 =48,9954 т.
В неделю Pnзн = Pnн - Рnизм.н =13,61281 -1,28374 =12,32907 т.
В сутки Pnз.с= Pnc - Pnизм.с = 2,14234 -0,18391 =1,95843 т.
В час Pnз.ч = Pnч - Pnизм.ч = 0,08926 -0,00766 =0,0816 т.
Потребность в вяжущем:
В год Рв =Ри + Рnизм=65,47052 +65,47052 =130,94104 т.
В месяц Рвм = Рим + Pnизм.м = 5,45588 +5,45588 =10,91176 т.
В неделю Рвн = Рин + Рnизм.н =1,28374 +1,28374 =2,56748 т.
В сутки Рвс = Рис + Pnизм.с =0,18391 +0,18391 =0,36782 т.
В час Рвч = Рич + Pnизм.ч =0,00766 +0,00766 =0,01532 т.
Потребность в силикатной смеси:
В месяц Рсмм = Рвм+ Pnзм =10,91176 +48,9954 =59,90716 т.
В неделю Рсмн = Рвн+ Pnзн =2,56748 +12,32907 =14,89655 т.
В сутки Рсмс. = Рвс+ Pn