Выбор способа и технологической схемы производства пеностекла

Выбор способа и технологической схемы производства пеностекла

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Тверской государственный технический университет

Факультет: инженерно-строительный

Специальность: Производство строительных материалов, изделий и конструкций

Кафедра: «Производство строительных изделий и конструкций»

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине «Технология изоляционных строительных материалов и изделий»

Тверь 2013

1.      Введение

Пеностекло (или утеплитель вспененного стекла) представляет собой легкий ячеистый формованный материал из стекла с равномерно распределенными ячейками (порами) диаметром от 0,1 - 5 мм, разделенными тонкими стенками.

Ячеистое строение пеностекла может быть получено:

·        введением в состав стекольной шихты веществ, вызывающих обильное пенообразование в процессе варки стекла;

·        пронизыванием расплава стекла воздухом или газами;

·        вспениванием размягченного стекла под вакуумом;

·        вспениванием измельченного стекла пенообразующими веществами, например мыльным корнем, на холоде с последующим фиксированием структуры спеканием частиц стекла (холодный способ);

·        спеканием смеси порошкообразного стекла с газообразователем (порошковый способ).

В промышленных масштабах пеностекло чаще всего получают порошковым способом.

В зависимости от назначения различают теплоизоляционное, звукопоглощающее и специальное пеностекло. Широкое применение в строительной технике нашло лишь теплоизоляционное пеностекло.

Отходы, образующиеся при распиловке плит в виде кусков и крошки, используют в засыпных теплоизоляционных конструкциях.

В отличие от традиционных теплоизоляционных материалов (газобетона, пенопластов, минеральной ваты и стекловаты), пеностекло обладает отличными монтажно-конструкционными свойствами: легко обрабатывается режущими инструментами, сверлится, прибивается гвоздями, клеится. Поскольку наружная поверхность материала состоит из множества разрезанных ячеек, то пеностекло легко и прочно клеится мастиками, хорошо штукатурится, сочетается с алюмосиликатными вяжущими (цементными, известково-цементными растворами).

Производство пеностекла способно переработать огромное количество стеклобоя, избавив население от вечного мусора.

гранулятор стеклобой спекание технологический

2.      Номенклатура продукции

Пеностекло выпускают в форме блоков, плит и гранул.

Размеры:

Длина - от 200 до 475 мм (с интервалом 25 мм)

Ширина - от 125 до 400 мм (с интервалом 25 мм)

Толщина - 60,80,100,120 мм

Объемный вес - 150-250 кг/м3

Плотность пеностекла - 110-200 кг/м. куб.

Пористость - 80-95%

Размеры пор - от 0.1 до 2-3 мм.

Сорбционная влажность пеностекла - 0,2-0,5%, при ф=97% Теплопроводность пеностекла - 0,04-0,08 Вт/(м·К)(при +10°С) Паропроницаемость пеностекла - 0-0,005 мг/(м.ч.Па)

Предел прочности на сжатие - 0,7-4 МПа

Предел прочности на изгиб - 0,4-0,6 МПа

Температура начала деформации пеностекла - 450°С

Водопоглощение пеностекла 0-5 % от объёма.

Шумопоглощение: до 56 Дб

Воздухопроницаемость - 0

Кислотноупорность - устойчив к воздействию кислот и их паров

Горючесть - абсолютно негорючий материал, не выделяет

токсических веществ

Срок службы - неограниченно

Эффективный диапазон температур: от −260°С до +500°С.

Эксплуатационные характеристики пеностекла. Помимо высокой тепло- и звукоизоляционной способности, вспененное стекло обладает высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью. Данный материал не поддерживает горение, не выделяет токсичных газов, экологически и гигиенически безопасен, прост в монтаже и эксплуатации, стоек к большинству кислот и их паров, не склонен к поражению плесенью и бактериями, недоступен для грызунов. И самое главное - сохраняет свои потребительские характеристики ни один десяток лет. Такого набора превосходных характеристик, пожалуй, нет ни у одного аналогичного теплоизоляционного материала.

Пеностекло используют в качестве утеплителя стен и перекрытий гражданских и промышленных зданий, для изоляции холодильных установок и тепловой изоляции производственного оборудования и трубопроводов. Ещё пеностекло это единственный утеплитель, который разрешено применять на атомных станциях. Гранулированное пеностекло используется преимущественно для утепления кровли и чердачных перекрытий, а также в качестве засыпного материала для стен. Благодаря развитой ячеистой поверхности оно хорошо сцепляется с другими строительными материалами в конструкциях при помощи обычных вяжущих веществ, например цемента.

Применение пеностекла в строительстве весьма эффективно. Если стравнить пеностекло с обыкновенным красным кирпичом, то для получения одинакового теплоизолирующего эффекта пеностекла потребуется по весу в 85 раз меньше, чем кирпича. Это значит, что 1 тонна пеностекла в качестве утеплителя может заменить 85 тонн или свыше 20 000 кирпичей.

3.      Выбор способа и технологической схемы производства

Производство пеностекла осуществляется по следующей технологии: производят помол стекольного порошка в мельницах до нужной степени измельчения, после этого порошок стекла смешивают с газообразователем до получения однородной массы (пеностекольная шихта).

Для проведения вспенивания пеностекольную шихту засыпают в предварительно подготовленные формы из нержавеющей стали, которые направляют в печь, где происходит термическая обработка. После этого блоки пеностекла извлекают из форм и отправляют на механическую обработку, в ходе которой блоку придают нужную форму и размер.

Варка стекла

Варка стекла осуществляется в ванной печи с подковообразным направлением пламени. Данная печь более экономична и стекломасса получается более качественной, расход огнеупоров уменьшается. Ванная печь непрерывного действия, это позволяет установить стабильный температурный и газовый режим. Шихта загружается в загрузочные карманы, постепенно проходит зоны бассейна с различными температурными условиями и переходит в однородную гомогенную стекломассу. В каждой зоне необходимо поддерживать постоянный температурный режим. Контроль за режимами ванной печи осуществляется дистанционно. К контролируемым параметрам относятся: уровень стекломассы, давление, разряжение печи, температура варки. Газовый режим печи имеет большое значение для нормального хода варки стекла. Атмосферу в печи необходимо постоянно контролировать, анализируя дымовые газы горелок. Наиболее часто в варочной части печи поддерживают слабоположительное давление. Измеряют давление на уровне заклинка. Варка стекла должна производиться при температуре 1530 0С.

Получение гранулята

Сваренная стекломасса подается в гранулятор. Горячая стекломасса в виде струи лотком вместе с водой поступает в барабан, где происходит ее термодробление и перемещение винтовой поверхностью к разгрузочному отверстию конуса - бутары барабана. Излишки воды вытекают из загрузочного окна и отверстия конуса - бутары в баки. Приемное устройство, сам барабан, винтовая поверхность, конус - бутара и баки выполнены из нержавеющей стали. Вращение барабана осуществляется посредством шестерни, находящейся в зацеплении с зубчатым колесом от электромотора через редуктор. Технические характеристики гранулятора приведены в таблице.

Технические характеристики гранулятора

Помол гранулята

Гранулят подается элеватором в бункер хранения гранулята. Из бункера хранения стеклогранулят посредством лотка-самотека поступает в шаровую мельницу. Шаровая мельница периодического действия, имеет барабан, вал которого вращается на двух подшипниках. Привод мельницы осуществляется от электродвигателя через редуктор, фрикционную муфту и зубчатую передачу. Барабан шаровой мельницы заполнен примерно на 1/3 высоты мелющими телами и измельченным материалом. При вращении шары увлекаются стенками и поднимаются на определенную высоту. Затем шары вместе с материалом падают и ударами измельчают материал. Мельница загружается мелющими телами и материалом через люк, а по окончании помола разгружается через этот же люк. Характеристики мельницы в таблице.

Таблица. Техническая характеристика трубной многокамерной мельницы СМ - 14

Смешивание

Дозирование молотого стекла осуществляется в объемных весах-дозаторах. После дозирования молотое стекло поступает на смешивание. Жидкое стекло покупается у заводов-производителей, поступает на завод в вагонах-цистернах. Из вагонов-цистерн жидкое стекло разгружается в промежуточные емкости-контейнеры, которые с помощью автомобильного транспорта и кран балки транспортируются к емкости для хранения жидкого стекла, где происходит разгрузка промежуточных емкостей. Из емкости для хранения жидкое стекло поступает на дозирование в весы - дозатор и отвешенная порция жидкого стекла поступает на смешивание.

Подготовка цветного стеклобоя.

Данное производство предусматривает использование цветного стеклобоя собираемого у населения и закупаемого у стекольных заводов. Цветной стеклобой может быть зеленым, коричневым или других цветов, он добавляется при смешивании компонентов стеклокомпозитной плитки для придания декоративного эффекта. Технологическая схема обработки представлена на рис.

Рис. Технологическая схема обработки цветного стеклобоя.

Цветной стеклобой поступает в вагонах и разгружается грейферным краном в контейнеры. Контейнеры со стеклобоем подаются кран балкой на дробление в щековую дробилку, после дробления стеклобой ленточным конвейером в промывочный барабан, корпус которого исполнен из коррозионно-устойчивого материала. После промывки стеклобой ленточным транспортером и элеватором подается в бункер хранения стеклобоя. На ленточном транспортере происходит ручная отсортировка больших инородных включений. Стадии обработки стеклобоя происходят последовательно во времени на одной технологической линии для разных сортов стеклобоя. Компоненты отвешиваются на весах автоматах и смешиваются в лопастном смесителе. Соотношение жидкого стекла и молотого гранулята 20: 100. Соотношение цветного стеклобоя и стеклогранулята варьируется в зависимости от нужды в том или ином декоративном эффекте. Чаша смесителя вращается вокруг вертикальной оси на четырех роликах, установленных на станине. В нижней части чаши с наружной стороны закреплен зубчатый венец, через который чаша приводится во вращение. Привод валов осуществляется от электродвигателя через ременную передачу. Компоненты загружаются в бункеры, а из бункеров они согласно рецепту поступают в чашу смесителя.

Для попадания компонентов в чашу включают электродвигатель, чаша и два вертикальных вала, несущий каждый по три лопасти вращаются в противоположных направлениях. Технические характеристики смесителя представлены в таблице.

Таблица. Технические характеристики лопастного смесителя

Загрузка стекольного теста в формы

После смешивания стекольное тесто дискретным плунжерным загрузчиком загружается в пластиковые формы установленные на вибростоле. Перед загрузкой теста внутреннюю поверхность формы покрывают каолиновой пастой, предотвращающей прилипание пластичной массы к стенкам формы в процессе спекания.

Спекание и отжиг в СВЧ-модуле

Спекание и отжиг пеностекла осуществляется в СВЧ - модуле, который состоит из следующих систем:

·   двух последовательно соединенных СВЧ - камер, с помощью которых осуществляется объемный нагрев материала. Камеры имеют отверстие для ввода и вывода сушильного агента (воздуха);

·   двух шлюзов, предназначенных для предотвращения утечек СВЧ - энергии;

·   системы сбора теплого воздуха из системы охлаждения источников СВЧ - энергии.

Линия работает следующим образом. Формы укладываются в штабели и на тележках по рельсам, через загрузочный шлюз поступает в СВЧ - модуля. В камерах происходит спекание и отжиг стеклокомпозитной плитки с использованием СВЧ - энергии. Технические характеристики СВЧ - модуля представлены в таблице.

Таблица. Техническая характеристика СВЧ - модуля

Извлечение плит из форм

Форма представляют собой пластиковый каркас, разбитый на ячейки, каждая из которых снабжена незакрепленным дном. Продолжительность сушки и предварительного спекания при мощности излучения 20 % порядка 5 - 7 минут, далее мощность излучения увеличивается до 50 %, время спекания и отжига при этой мощности - 10 минут. После спекания и отжига тележка с формами толкателем извлекается из СВЧ - модуля, автоматическим укладчиком формы подаются на пластинчатый транспортер. По обеим сторонам транспортера расположены воздушные сопла для более быстрого охлаждения стеклокомпозитной плитки.

Шлифовка плит

В конце транспортера плитка извлекателем автоматически извлекается и поступает на шлифовальные машины, где шлифуется для придания товарного вида.

Формы поступают на обратный транспортер для обработки каолиновой суспензией и дальнейшей загрузки стекольного теста.

Шлифовальные машины снабжены системой аспирации и обратным транспортером. Пыль после шлифовки откачивается и подается в лопастной смеситель. Крупные остатки обратным транспортером подаются в шаровую мельницу для смешивания при помоле гранулята.

Транспортировка и складирование

Ошлифованная стеклокомпозитная плитка укладчиком послойно укладывается на деревянные поддоны и, вручную упаковывается в бумагу. Объем упаковки равен 1 м³.

После упаковки в бумагу и перетяжки пластиковой упаковочной лентой поддоны с плиткой с помощью грузового лифта и электропогрузчика доставляются на склад готовой продукции.

Технологическая схема производства

4.      Агрегатная технологическая схема

5.      Описание принятого технологического процесса производства

Физико-технические свойства пеностекла в значительной степени обусловлены способом его производства, составом стекла и пенообразующей смеси, природой, количеством газообразователя, режимом вспенивания и отжига. Изменяя эти факторы можно получить пеностекло с различной объемной массой, прочностью, структурой, водопоглощением, проницаемостью, теплопроводностью и морозостойкостью. Для изготовления пеностекла используют отходы стекольного производства и специально навариваемое стекло. При организации большого производства пеностекла, стекломассу наваривают в ванных печах любого типа и затем гранулируют мокрым или сухим способом.

Пеностекло представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал, получаемый спеканием стеклянного порошка с одновременным вспучиванием его под действием газообразователя.

В качестве сырья при получении пеностекла используют те же материалы, что и при производстве обычного стекла: кварцевый песок, известняк, соду или сульфат натрия. Применяют с этой целью отходы обычного стекла или легко спекающиеся горные породы с повышенным содержанием щелочей - трахит, сиенит, нефелин, обсидиан, вулканический туф. В качестве газообразователей применяют каменноугольный кокс, антрацит, известняк, мрамор. Углеродсодержащие газообразователи создают в пеностекле замкнутые поры, а карбонаты - сообщающиеся. Температура разложения газообразователя должна быть на 50-70 °С выше температуры размягчения стеклянного порошка.

Технологический процесс производства пеностекла складывается из следующих основных операций. Кварцевый песок и измельчённый известняк сушат, размалывают в порошок, смешивают с содой и в ванных печах получают стекломассу, которую подают в бассейн с водой для грануляции. Полученный гранулят размалывают в смесителе с газообразователем (1-5%) в тонкий порошок и загружают в формы из жароупорного материала с меловой обмазкой. Формы на вагонетках или по роликовому конвейеру подают в туннельную печь. Максимальная температура отжига - в зависимости от вида сырья - составляет 600-1000°С. Характерной особенностью режима отжига пеностекла является быстрый, за 2-3 часа, подъём температуры до максимальной с последующим медленным охлаждением до 20 ч. Под действием высокой температуры происходит размягчение частиц стеклянного порошка и его спекание. Газы, выделяющиеся при сгорании или разложении газообразователя, вспучивают вязкую стекломассу. При охлаждении образуется материал с ячеистой структурой. Медленное охлаждение способствует равномерному остыванию изделий по всему объёму. Поэтому в них не возникают внутренние напряжения, и не образуется трещин. Охлаждённые изделия распиливают и оправляют на циркульных пилах. При использовании в качестве сырья стеклянного боя или стекловидных горных пород в технологии производства пеностекла отсутствуют варка стекломассы и грануляция. Основным способом получения пеностекла во всем мире является порошковый метод, суть которого заключается в спекании смеси стекольного порошка с газообразователями: антрацитом, коксом, ламповой сажей, древесным углем.

6. Режим работы цеха

Режим работы цеха круглосуточный, трехсменный, так как производство с непрерывным циклом работы. Номинальное количество рабочих дней в году 251, длительность остановок технологических линий на ремонт T1 = 15 - 25 сут.

Годовой фонд эксплуатационного времени в часах рассчитывают по формуле

Г = 8(Т_год·n - T1) ,

где Т - число рабочих суток в году; n - число смен в сутки.

Г = 8(251·3-20) = 5864 (ч)

Годовой фонд времени работы технологического оборудования, на основании которого рассчитывается производственная программа предприятия, определяют по формуле

Ф_год = Г × К_и ,

где К_и - коэффициент, учитывающий регламентирование затраты времени (перерыва); (К = 0,85 - 0,90).

Ф_год =5864·0,85=4985 (ч)

Режим работы цеха и годовой фонд рабочего времени приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Режим работы цеха

. Производственная программа предприятия

Годовая производительность цеха П_год определяется по формуле

где По - заданная годовая программа цеха; Б - брак и производственные потери, % (Б = 1 - 3 %).

 (м³/год)

Производительность цеха по готовой продукции в сутки, смену, час вычисляется по формулам:

; ; ,

где П_год - годовая производительность, м³/год; С - количество рабочих суток в году; СМ - количество рабочих смен в году; Ф_год - годовой фонд рабочего времени, ч.

 (м³/сут);  (м³/см);

 (м³/ч)

Результаты расчетов приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1. Производственная программа цеха

8. Сырьевые материалы и расчёт потребности в них

Шихтой называется однородная смесь предварительно подготовленных и отвешенных по рассчитанному рецепту сырьевых материалов.

При расчете шихты принимают, что в стекло переходят оксиды и фториды, а влага и газы улетучиваются. Исходными данными для расчета шихты служат: заданный химический состав стекла, химические составы выбранных сырьевых материалов, поправочные коэффициенты на улетучивание компонентов стекла при варке.

Химический состав стекла, мас. %:

Для введения этих элементов используются сырьевые материалы:

SiO₂ - кварцевый песок;

Al₂O₃ - технический глинозем;

CaO и MgO - доломитовая мука;

Na₂O - кальцинированная сода, сульфат натрия.

Сводная таблица расчета шихты

Расход сырья рассчитывается в год, сутки, смену, час по формуле

,

где ПП - расходы сырья (в год, сутки, смену, час), т; П - производительность цеха по готовой продукции (в год, сутки, смену, час), т; Р_у - удельный расход сырья на единицу готовой продукции (в тоннах на I т готовой продукции); Б - возможные производственные потери для данного сырьевого компонента, %.

 (м³/год);

 (м³/сут);

 (м³/см);

 (м³/ч).

Таблица 8.1. Потребности цеха основных сырьевых материалах

. Выбор и расчёт основного технологического оборудования

Щековая дробилка СМД-28 относится к дробилкам со сложным качанием подвижной щеки.

Необходимое для выполнения производственной программы количество дробилок К рассчитывается по формуле

где П_т - требуемая часовая производительность по данному пределу, м³/ч;

П_т = 22,9 ; П_ч - часовая производительность выбранной машины; П_ч = 27 (м³/ч); К_н = 0,8 ... 0,9 - нормативный коэффициент использования оборудования по времени.

Гранулятор

Шаровая мельница

Смеситель СБ-138Б

10. Ведомость основного оборудования

Таблица 10.1. Ведомость оборудования цеха

. Технологический контроль производства

Таблица 11.1. Схема контроля производства

. Охрана труда

При производстве минеральной ваты и изделий из нее вредные условия труда могут создаваться:

а) выделением отходящих газов из вагранки через загрузочное отверстие, что вызывает опасность отравления окисью углерода рабочих - загрузчиков;

б) шумом пара, выходящего из сопел при раздуве расплава, что повышает утомляемость и приводит к ухудшению слуха у рабочих - вагранщиков;

в) брызгами расплава при выходе струи из летки вагранки, это может привести к ожогам;

г) загрязнением воздуха помещений минеральной пылью при выбивании ее из камер волокноосаждения, а также при упаковке и складировании ваты, что вызывает раздражение кожного покрова и верхних дыхательных путей;

д) брызгами расплавленного битума при использовании его в качестве связующего вещества, что может привести к ожогам;

е) отравлением воздуха парами формалина и фенола, если фенолоформальдегидная смола варится непосредственно на заводе минеральной ваты, что приводит к раздражению слизистых оболочек.

Обеспечение здоровых и безопасных условий труда заключается прежде всего в усовершенствовании технологии производства минеральной ваты и использовании рационального оборудования.

Во избежание отравления рабочих - загрузчиков окисью углерода, содержание которой в отходящих из вагранок газах может достигать нескольких процентов, вагранки загружают сырьем и топливом механизированными устройствами. Надежным загрузочным устройством является скиповый подъемник с автоматическим управлением, благодаря чему устраняется необходимость пребывания рабочих у загрузочных отверстий вагранок.

Независимо от этого вагранки должны иметь устройства для очистки отходящих газов от пыли и дожигания неполных продуктов сгорания.

Для защиты рабочих - вагранщиков от ожогов брызгами расплава и раскаленными корольками узлы раздува должны быть заключены в кабины, расположенные между вагранками и камерами волокноосаждения. Эти кабины, кроме того, уменьшают шум от работы паровых сопел при дутьевом способе раздува, вредно влияющий на здоровье рабочих. Для наблюдения за раздувом расплава и снятия настылей с летки в стенках кабин делаются рабочие окна.

Главным источником загрязнения воздуха рабочих помещений является минеральная пыль. Содержание пыли в воздухе, безопасное для здоровья людей, должно быть не более 3 мг/л.

Основными мероприятиями по борьбе с пылью являются: а) применение минерального масла при раздуве расплава; б) герметизация стен камеры волокноосаждения и других установок, в которых обрабатывается вата; в) разрежение в камерах волокноосаждения и тепловой обработки; г) местные отсосы воздуха для локализации пылеобразования, например в местах упаковки ваты.

Вытяжная вентиляция у камеры волокноосаждения должна иметь устройства для очистки воздуха от пыли. Стены и потолок камеры покрывают теплоизоляцией, чтобы не допустить выпадения конденсата в камере и коррозии ее внутренних поверхностей.

Особое внимание обращается на безопасные приемы работы с горячим битумом и феноло-формальдегидной смолой, применяемыми в качестве связующих веществ. При использовании битумов принимают меры предосторожности от пожара. Степень пожарной опасности битумов зависит от содержания в них летучих веществ и температуры их вспышки. Самыми опасными являются жидкие нефтяные битумы с температурой вспышки паров 100-120 ºС.

При получении и применении феноло-формальдегидной смолы на заводах минеральной ваты надо помнить, что фенол и формальдегид токсичны, и принимать необходимые меры предосторожности при работе с ними. Аппаратура должна быть герметичной, а складские и производственные помещения иметь хорошую вентиляцию. Предельно допустимая концентрация в воздухе паров фенола 0,005 мг/л, а формальдегида 0,001 мг/л [10].

Библиографическое описание

1. АО "Теплопроект" / - Электрон. дан. - 2008.- Режим доступа: www.esco-ecosys.narod.ru

. ГОСТ 10140-80. Плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на битумном связующем. Технические условия. - Введ. 1983 - 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов. - 10 с.

. Сухарев М. Ф. Производство теплоизоляционных материалов: Учебник для подгот. рабочих на производстве / М. Ф. Сухарев, И. Л. Майзель, В. Г. Сандлер. - 3 - е изд., прераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1981. - 231с., ил.

. Горлов Ю. П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий: Учебник для вузов / Ю. П. Горлов. - М.: Высш. школа, 1989. - 384 с.: ил.

. Горяйнов К. Э. Технология теплоизоляционных материалов и изделий: Учебник для вузов / К. Э. Горяйнов, С. К. Горяйнова. - М.: Стройиздат, 1982. - 376 с., ил.

. ГОСТ 4640-93. Вата минеральная. Технические условия. - Введ. 1995 - 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов. - 9 с.

. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. - Введ. 1991 - 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов. - 10 с.

. ГОСТ 6617-97. Битумы нефтяные строительные. Технические условия. - Введ. 1998 - 01 - 01. - М.: Изд-во стандартов. - 6 с.

. "Технологические линии" / - Электрон. дан. - 2008. - Режим доступа: www. stroyinform.ru

. Китайцев В. А. Технология теплоизоляционных материалов / В. А. Китайцев. - М.: Стройиздат, 1980. - 384 с.