Технология изделий на основе местного природного и техногенного сырья

Саратовский государственный технический университет 

имени Гагарина Ю.А.

Кафедра «Строительные  материалы и технологии»

Производство  силикатного кирпича на основе местного сырья Саратовской области

Контрольная работа по дисциплине

«Технология изделий на основе местного

природного и техногенного сырья»

Вариант № 0906915

Подготовил:          Павлов В.К.

студент       41 ПСК  группы о/з

Проверил: проф.кафедры СМТ

____________Мещеряков Д.В.

Саратов – 2012 г. 

Содержание

Введение 3

1.Обоснование организации производства на местном природном и техногенном сырье 6

2.Техническая характеристика местного сырья, размещение и запасы в Саратовской области, а также на прилегающих территориях 8

2.1.Песок 8

2.2.Известь 9

3.Потенциальные возможности производства продукции, ее ассортимент, и рекомендуемый технологический процесс производства 10

3.1.Технологическая схема производства силикатного кирпича. 13

3.2.Описание технологического процесса 14

3.2.1.Подготовка и транспортирование песка 14

3.2.2.Подготовка и транспортирование строительной извести 14

3.2.3.Приготовление известково-песчаного вяжущего (ИПВ) 15

3.2.4.Приготовление силикатной смеси 15

3.2.5.Формование кирпича-сырца 16

3.2.6.Автоклавная обработка кирпича-сырца 17

3.2.7.Выгрузка готовой продукции 20

4.Мероприятия по технической экологии и технике безопасности 21

Перечень используемой литературы 24

Введение

Долгое время известь  не использовали для получения прочных  и водостойких искусственных каменных изделий, так как в естественных условиях известь твердеет очень медленно и изделия получаются небольшой прочности (10—20 кг/см²), легко размокающими при действии воды. Однако в 1880 г. было установлено, что при автоклавной обработке известково-песчаных смесей (твердении в паровой среде при давлении пара 8 атмосфер и более при температуре выше 170° С могут быть получены очень прочные, водостойкие и долговечные изделия.

Силикатный кирпич представляет собой искусственный безобжиговый стеновой строительный материал, изготовленный  методом прессования увлажнённой смеси из песка и других мелких заполнителей, извести и различных вяжущих с применением добавок или без них и отвердевший под действием пара в автоклаве.

По назначению кирпич и  камни (ГОСТ 379-79) разделяют на рядовой  и лицевой. Кроме того, их подразделяют на неокрашенные и цветные – окрашенные в массе или с поверхностной отделкой лицевых граней.

По виду изготовления кирпич и камни подразделяют на пустотелые, пористые (с пористыми заполнителями), пористо-пустотелые и полнотелые. Одинарный  полнотелый или с пористыми заполнителями  кирпич выпускают размерами 25012065 мм. Масса его не нормируется. Практически она не не превышает 3,5 – 3,7 кг. Утолщённый (полуторный) пустотелый или полнотелый кирпич с пористыми заполнителями выпускают размерами 25012088 мм, а силикатные пустотелые камни – размерами 250120138 мм. Масса утолщённого кирпича в высушенном состоянии не должна быть более 4,3 кг.

По теплотехническим свойствам  и средней плотности в сухом  состоянии кирпич и камни подразделяют на группы:

• эффективные плотностью не более 1450 кг/м³;
• условно эффективные плотностью 1401 – 1650 кг/м³;
• обыкновенный кирпич плотностью свыше 1650 кг/м³.

В зависимости от предела  прочности камни, а кирпич при  сжатии и изгибе (без учёта площади пустот) подразделяют на марки 300; 250; 200; 150; 125; 100; 75. Лицевой кирпич изготавливают марки не менее 125 и камни не менее 100.

Водопоглощение силикатного  кирпича и камней должно быть не менее 6 %.

По морозостойкости кирпич и камни подразделяют на марки  Мрз 50; 35; 25 и 15. Морозостойкость лицевых  изделий должна быть не ниже Мрз 25. В  образцах силикатного кирпича и  камней, испытанных на морозостойкость  допускается потеря прочности при  сжатии не более, чем на 25% для рядовых  изделий и 20% – для лицевых.

Силикатный кирпич и камни  применяют наряду с керамическим кирпичом для кладки каменных и армировано-каменных наружных и внутренних конструкций в наземной части зданий с нормальным и влажным режимами эксплуатации, для изготовления стеновых панелей и блоков в соответствии со строительными нормами и правилами.

Не разрешается применять  силикатный кирпич для кладки фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя, подвергающихся воздействию грунтовых и сточных вод. Не допускается использовать силикатный кирпич для стен зданий с мокрым режимом эксплуатации (бань, прачечных, пропарочного отделения) без специальных мер защиты стен от увлажнения. В этих конструкция можно применять силикатный кирпич только повышенной морозостойкости от Мрз 50. Силикатный кирпич не используют для кладки печей и труб, так как он не выдерживает длительного воздействия высокой температуры.

Прочностные показатели, точность геометрических размеров, чёткость граней, повышенная морозостойкость позволяют  применять силикатный кирпич и камни  в качестве лицевых материалов для  фасадов зданий.

1.Обоснование организации производства на местном природном и техногенном сырье

Эффективным строительным материалом, широко используемым в строительстве, является цветной силикатный кирпич, производство которого достигло больших объемов, как в России, так и за рубежом. В настоящее время появилось множество специальных красителей для отделки фасадов, это позволяет придать силикатному кирпичу любой цвет и оттенок. Широкое распространение получила отделка стен колотым силикатным кирпичом.

Производство силикатного  кирпича характеризуется относительно простым технологическим процессом, высоким уровнем механизации и частичной автоматизацией, комплектностью оборудования, возможностью использования различных сырьевых материалов и отходов промышленности. Длительность производственного цикла в 5 – 10 раз меньше, а удельные капитальные вложения, расход топливно-энергетических ресурсов, затраты на производств единицы продукции в 1,5 – 2 раза ниже по сравнению с аналогичным показателем работы по изготовлению керамического кирпича.

В наше время более 80% всего  кирпича производят предприятия  круглогодичного действия, среди которых имеются крупные механизированные заводы, производительностью свыше 200 млн.шт. в год.

С момента появления технологии изготовления и начала массового  производства, силикатный кирпич постоянно  занимает одни из первых позиций в строительных хит-парадах, кроме того, обладая очень хорошими физическими параметрами, схожими со свойствами керамического кирпича он дешевле обходится при изготовлении. А такие характеристики, как повышенная морозостойкость, способность приводить в норму температурно-влажностное соотношение, даже противопожарные качества определенно помогают ему занимать лидирующую позицию по сравнению со строительными материалами из керамики. Существует несколько способов производства цветного силикатного кирпича. В данном проекте предлагаю производство цветного силикатного кирпича силосным способом, как наиболее экономически выгодным, по сравнению с другими способами производства кирпича.

Целью выбора силосного способа  производства является повышение производительности, увеличение экономической эффективности  производства (снижение энергоёмкости, повышение выработки на одного рабочего), уменьшение количества брака.

Производство находится  на территории промзоны города Саратова. Это месторасположение крайне выгодно  с точки зрения близости к потребителям, каковыми будут являться промышленные предприятия, строительные организации, а также юридические и частные лица.

Предприятие расположено  в промзоне вблизи автомобильных  дорог и  железнодорожных магистралей. Доставка сырьевых материалов будет  производиться с территории Саратовской области, что значительно экономит средства на грузоперевозки.

Для производства извести  в Саратовской области используются известняки и мел. По количеству запасов только одного мела (202 млн. т) Саратовская область занимает первое место в Поволжье, а с учётом неразведанных месторождений – ведущее в России. Имеющаяся сырьевая база карбонатного сырья для извести позволяет удовлетворить потребности области за счёт собственного производства и обеспечить другие соседние регионы.

Перспективы расширения сырьевой базы строительных песков в Саратовской области весьма благоприятные. Выявленные, но не разведанные запасы 158 месторождений являются резервом для восполнения погашаемых в результате добычи запасов.

2.Техническая характеристика местного сырья, размещение и запасы в Саратовской области, а также на прилегающих территориях

Сырьем  для производства силикатного кирпича  служат кварцевый песок (92 – 95% от массы сухой смеси), воздушная известь (5 – 7%, считая на активную окись кальция) дисперсные или укрупняющие кремнезёмистые добавки и вода. В известково-песчаную смесь вводят примерно 7% воды. Кварцевые пески, применяемые в производстве кирпича, должны состоять из зерен различной крупности (вследствие чего они имеют меньший объем пустот), не иметь много примесей слюды (до 0,5%) и крупных включений глины, снижающих качество изделий. Предпочтительно использовать горные пески, которые вследствие остроугольной формы и шероховатой поверхности зерен лучше сцепляются с известью, чем речные пески с гладкой поверхностью и округлой формой. В отдельных случаях желательно введение части предварительно измельченного кварцевого песка для повышения прочности силикатного кирпича.

Известь может быть негашеной или гидратной с содержанием не более 5 % окиси магния. Наличие в извести пережога затрудняет гашение ее в гасильных аппаратах и может способствовать растрескиванию кирпича. Предпочтительно использовать быстрогасящуюся известь с содержанием около 70 % активной СаО. Часто используют свежеобожженную известь, получаемую непосредственно на заводах силикатного кирпича.

2.1.Песок

В Саратовской области  пески 13 месторождений с суммарными запасами 78 млн. м³ пригодны для производства силикатного кирпича и силикатных изделий. Разведанными являются 5 месторождений, а освоено промышленностью только одно – Александровское. Пески используются тут же на заводе стройматериалов в производствах силикатного кирпича и газосиликата.

С вводом в строй заводов  по производству силикатного кирпича  в Озинках, Балашове и Балаково потребности  в силикатном песке для них  решается на месте с разработкой соответствующих месторождений.

Дефицит в силикатном песке  для Саратовских заводов будет  покрыт за счёт изучения пригодности  песков месторождений Михайловского, Константиновского, Сосновского и Злобовского.

В настоящее время назрела  необходимость подготовить для  каждого административного района области месторождения с апробированными  и утверждёнными запасами или закреплением месторождений за основными потребителями этого вида сырья. Это будет способствовать планомерной разработке месторождений, а по окончании её планомерной рекультивации  земель, что является дополнительным резервом расширения сельскохозяйственных угодий.

Широкое развитие на территории области песчаных отложений различного возраста и генезиса позволяет высоко оценить перспективы выявления новых месторождений строительных песков по качеству соответствующих требованиям, предъявляемым ГОСТами к бетонным силикатным и стекольным пескам.

2.2.Известь

Карбонатное сырьё для  производства извести в области  представлено 22 месторождениями мела с суммарными запасами 313 млн. т. Из них  разведано только 12. Такие месторождения установлены в районе  Вольска, Красноармейска, Озинок, Базарного Карабулака. Кроме этого используются известняки Пугачёвского месторождения, а также Чапаевского.

Наиболее древними, обнажающимися  на поверхности карбонатными породами, являются образования, относящиеся  к среднему карбону. Их выходы, установлены около Новых Бурас (с. Тепловка и Воронцовка). Известняки этих месторождений тёмно-серого цвета ρ = 2,5 – 2,8 г/см³ , ρ_ср = 2,0 – 2,6 г/см³, П = 6%, W = 1,1 – 2,1%, = 65 – 74МПа, = 60 МПа мощность продуктивных пластов от 12 – 28м, форма залегания – пластовая. Годовой объём добычи 3% от общего по области.

Отложения верхнего карбона, представленные карбонатными породами, имеют выходы на поверхность земли в Пугачёвском и Ершовском районах. Это одни из самых крупных и продуктивных отложений, разрабатываемых на четырёх месторождениях. Добываемые известняки, доломиты и их переходные также комплексно используются не только как щебень, бутовый камень, но и сырьё для производства извести. Объём добычи около 60% от общего по области. Нижнепермские карбонатные отложения известняков и доломитов отмечаются в Ивантеевском и Пугачёвском районах. По физико-механическим свойствам эти породы пригодны для производства щебня марки 400-600 для использования в качестве заполнителей бетонов.

С карбонатными породами, верхнеюрского  периода связан продуктивный горизонт у посёлка Горный. Это глинистые известняки и мергелистые глины, мощностью 0,4 – 0,8 м.

3.Потенциальные  возможности производства продукции,  ее ассортимент, и рекомендуемый технологический процесс производства

Силикатный кирпич относится  к группе автоклавных вяжущих  материалов. Силикатный кирпич применяют для кладки стен и столбов в гражданском и промышленном строительстве, но его нельзя применять для кладки фундаментов, печей, труб и других частей конструкций, подвергающихся воздействию высоких температур, сточных и грунтовых вод, содержащих активную углекислоту.

Силикатный  кирпич является экологически чистым продуктом. По технико-экономическим показателям  он значительно превосходит глиняный кирпич. На его производство затрачивается 15…18 часов, в то время как на производство глиняного кирпича – 5…6 дней и больше. В два раза снижаются трудоемкость и расход топлива, а стоимость – на 15…40%. Однако у силикатного кирпича меньше огнестойкость,  химическая стойкость, морозостойкость, водостойкость, несколько больше плотность и теплопроводность. В условиях постоянного увлажнения прочность силикатного кирпича снижается.

Таблица 4

Номенклатура  изделия

Силикатный кирпич, согласно ГОСТ 379-95, выпускают размером 250X120x65 мм; марок – М75, 100 и 125, 150 и 200, лицевые изделия должны иметь марки не менее 125; водопоглощением – 8 – 16%; коэффициентом теплопроводности – 0,70 – 0,75 Вт/м – |С; объемной массой – 1800 – 1900 кг/м³; морозостойкостью от Мрз 15 до Мрз 50.

Силикатный кирпич производится нескольких размеров:

• 250х120х65 мм;
• 250х120х88 мм, и других видов.

Для улучшения качества и  потребительских свойств рекомендуется  производить, наряду со стандартным  известково-песчаным кирпичом, известково-зольный кирпич, а также различные красители.

Известково-зольный кирпич содержит 20…25% извести и 75…80% золы. Технология изготовления такая же, как и известково-песчаного кирпича. Плотность – 1400…1600 кг/м³, теплопроводность – 0,6…0,7 Вт/(м С). Кирпич используют для строительства малоэтажных зданий, а также для надстройки верхних этажей.

Требования к техническим  свойствам силикатного кирпича  меняются в зависимости от области  его применения, обычно определяемой строительными нормами, неодинаковыми в разных странах.

Цветной силикатный кирпич получают путем добавления в массу атмосферостойких щелочестойких неорганических пигментов в количестве, масс. %: 0,5; 0,85: 1,0; 1,5 и 2,0.

При барабанном способе песок и тонкомолотая негашёная известь, получаемая измельчением в шаровой мельнице комовой извести, поступают в отдельные бункера над гасильным барабаном. Из бункеров песок, дозируемый по объему, а известь – по массе, периодически загружаются в гасильный барабан. Последний герметически закрывают и под давлением острого пара 0,15 – 0,2 МПа происходит гашение извести при непрерывно вращающемся барабане. Процесс гашения извести длится до 40 мин.

Силосный  способ приготовления массы имеет значительные экономические преимущества перед барабанным, так как при силосовании массы на гашение извести не расходуется пар. Кроме того, технология силосного способа производства значительно проще технологии барабанного способа. Подготовленные известь и песок непрерывно подаются питателями в заданном соотношении в одновальную мешалку непрерывного действия и увлажняются. Перемешанная и увлажненная масса поступает в силосы, где выдерживается от 4 до 10 час., в течение которых известь гасится.

3.1.Технологическая  схема производства силикатного  кирпича.

Рис. 1. Технологическая схема  производства силикатного кирпича.

1 – скребковый конвейер; 2 – дробилка; 3 – вертикальный ковшовый конвейер; 4, 14 – бункеры комовой извести  и песка; 5, 12, 19, 21 – ленточные конвейеры; 6, 18 – тарельчатые питатели (дозаторы); 7 – трубная мельница для помола  извести с песком; 8 – винтовой  питатель; 9 – двухкамерный пневмонасос; 10 – бункер известково-песчаной  смеси; 11 – грохот; 13 – ленточный питатель; 15 – смеситель; 16 – ленточный реверсивный конвейер; 17 – силосы (реакторы); 20 – стержневой смеситель; 22 – пресс; 23 – автомат-укладчик; 24 – запарочная вагонетка; 25 – электропередаточный мост; 26 – автоклав; 27 – кран для погрузки готовой продукции.

3.2.Описание  технологического процесса

3.2.1.Подготовка и транспортирование песка

Поступающий из карьеров песок  на автомашинах взвешивается на автомобильных весах и выгружается на площадку склада песка отдельно по видам, откуда бульдозером через приемные бункера, оборудованные решетками с размером ячеек 800х250 мм и распределяется в бункера запаса.

Из бункеров запаса песок  подается в отделение грохочения. Регулировка производительности питателей производится шиберными затворами.

Отсев песка от крупных  включений производится на грохоте  с размерами ячеек на ситах 40х40 мм, отсев от более мелких включений производится на с размером ячеек 20х20 мм.

Далее песок подается в бункеры массоподготовительного отделения, или перегружается на ленточный конвейер для распределения  в бункера песка V = 40 м³ над мельницами для приготовления известково-песчаного вяжущего.

3.2.2.Подготовка  и транспортирование строительной  извести

Доставка  строительной извести на завод осуществляется ж/д транспортом с загрузкой в приемные бункеры, оборудованные решеткой с размером ячеек 150х150 мм. Строительная комовая известь из приемных бункеров качающими питателями подается в дробилки, где производится её измельчение до фракции 0 – 15 мм. Затем дробленая известь распределяется в бетонные силосы. Из силосов запаса известь распределяется по бункерам извести над мельницами.

3.2.3.Приготовление известково-песчаного вяжущего (ИПВ)

Известь и песок из бункеров над мельницами ленточными питателями-дозаторами в заданном соотношении через загрузочный шнек подаются в мельницы для сухого совместного помола. Помол известково-песчаной смеси производится в мельницах сухого помола.

Молотое ИПВ далее поступает с помощью  пневмонасосов в приемные бункера  дозировочного узла приготовления  силикатной смеси, оборудованные сигнализатором уровня и аспирационной системой.

3.2.4.Приготовление силикатной смеси

В состав технологических линий узла приготовления силикатной смеси входит расходный бункер ИПВ и расходный бункер песка, ленточный питатель песка, весовой дозатор вяжущего и два двухвальных смесителя.

Песок и ИПВ весовыми дозаторами непрерывного действия подаются в первый двухвальный смеситель, где происходит предварительное смешение, затем  сухая смесь подается во второй смеситель, где происходит ее увлажнение, при необходимости нагрев паром и окончательное перемешивание.

Приготовленная смесь  ленточным конвейером подается и  распределяется по силосам для гашения. Продолжительность нахождения смеси в силосах определяется свойствами применяемой извести и должна обеспечивать ее полное гашение. При использовании извести быстрогасящейся (время гашения до 5 мин.), смесь выдерживается 2 часа. При использовании средне гасящейся извести (время гашения до 15 мин.) масса выдерживается в силосах 3 – 4 часа.

Из силосов смесь влажностью 3-4 % (определяется лабораторией) подается ленточным конвейером в быстроходный двухвальный смеситель, где доувлажняется до 7-8 %. Над ленточным конвейером установлен железо-отделитель для извлечения металлических предметов из силикатной смеси. Доувлажнение смеси может производиться водой или конденсатом, подведенным к смесителю.

Доувлажненная смесь ленточными конвейерами подается в расходные бункера прессов. Перед поступлением в бункера прессов смесь проходит через железо- отделитель, для удаления случайно попавших железных предметов.

3.2.5.Формование кирпича-сырца

Формование кирпича-сырца производится на гидравлических прессовых комплексах. Режим прессования (удельное давление Р ~ 100 – 150 бар, размеры кирпича, схема укладки кирпича на вагонетку:  количество утолщенного  кирпича на вагонетке 680 шт., одинарного 920 шт., камня 440 шт.) задается программой пресса. Отформованный сырец должен иметь механическую прочность не менее 5 кг, которая зависит от качества приготовленной смеси (активности, влажности, усреднения смеси).

Брак кирпича-сырца и  просыпь от прессов системой ленточных  конвейеров возвращается через линию доувлажнения и подачи на прессы.

Во избежание разрушения нижних рядов, укладку кирпича-сырца  необходимо производить на очищенную и ровную поверхность платформы вагонетки.

Загруженная вагонетка подается на электропередаточный мост и транспортируется в автоклавное отделение. Подача вагонеток на ЭПМ и с ЭПМ  в автоклав должна осуществляться плавно без толчков. Зазор между рельсами на всех стыках формовочного и автоклавного отделения должен быть не более 2 мм и высота перепада головок рельсов  не более 3 мм.

Оператор пресса обязан: контролировать размеры формуемого кирпича, следить за внешним видом сырца, периодически по мере налипания массы на пластины пресс-форм производить их очистку. При не соответствии качества кирпича заданным параметрам, прекратить прессование и сообщить об этом мастеру смены, технологу для принятия мер.

Накопление  кирпича-сырца перед автоклавами  производится на специальных путях в формовочном отделении. Время выдержки кирпича-сырца до автоклавной обработки: неокрашенного не более 4-х часов, окрашенного не более 2-х часов.

3.2.6.Автоклавная обработка кирпича-сырца

Автоклавная обработка  кирпича-сырца  производится в автоклавах диаметром. Автоклавы перед загрузкой вагонеток с изделиями должны быть чистыми с исправной системой блокировочных устройств, с чистыми конденсатоотводами..

В автоклав вагонетки закатываются с помощью толкателя. После заполнения автоклава вагонетками крышка запирается на замок.

Автоклавная обработка в  зависимости от избыточного давления пара осуществляется по следующим режимам:

1. при выпуске марки «150 – 175»:
• подъем давления до 8 атм. 1,5 часа;
• сброс конденсата при 2 атм.;
• изотермическая выдержка 7 часов;
• сброс давления 1,5 часа;
• сброс конденсата при 2 атм.
2. при выпуске марки «200» и выше: 
• подъем давления до 8 атм. 1,5 часа;
• сброс конденсата при 2 атм.;
• изотермическая выдержка 8 часов;
• сброс давления 1,5 часа;
• сброс конденсата при 2 атм.

При увеличении давления пара на 1 атм. изотермическая выдержка снижается  на 1 час. Подъем давления производить равномерно и плавно, следить за своевременным сбросом конденсата.

В процессе автоклавной обработки  кирпича-сырца различают три периода химического процесса: растворение компонентов, кристаллизация и твердение.

В первой стадии запаривания  насыщенный пар с температурой 175° С под давлением 8 атм. впускают в автоклав с сырцом. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. После подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и превращается в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

Роль пара при запаривании  сводится только к сохранению воды в сырце в условиях высоких температур. При отсутствии пара происходило бы немедленное испарение воды, и, следовательно, высыхание материала и полное прекращение реакции образования цементирующего вещества – гидросиликата.

С того момента, как в автоклаве  будет достигнута наивысшая температура, т. е. 175° С, наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические и физические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН)₂, непосредственно соприкасающимся с кремнеземом SiO₂ песка.