Производство кирпича. 3

Введение. Состояние  производства керамического кирпича

Одним из самых распространенных материалов, традиционно используемым при возведении зданий и сооружений, является кирпич. Более чем тысячелетняя практика применения кирпича позволяет  однозначно отнести его к категории  наиболее долговечных строительных материалов. 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 данном дипломном проекте рассмотрено  производство керамических кирпичей методом  пластического формования.

Строительный керамический кирпич позволяет сэкономить при  строительстве дефицитные металлы, цемент, а также транспортные средства. В общем балансе производства и применения стеновых материалов керамический кирпич занимает более 30%. Кирпич, накапливая солнечную энергию, медленно и равномерно отдает тепло, что защищает от чрезмерного  нагревания летом и сохраняет  тепло зимой. Кирпичная стена  «дышит», пропуская испарения сквозь свою толщу. В результате в помещениях поддерживается уровень равновесной  влажности

В данный момент в производстве строительного керамического кирпича  сосредоточено внимание на совершенствовании  технологии, улучшении качества выпускаемой  продукции и расширении ассортимента.

При строительстве новых  предприятий предусматривается  установление автоматизированных и  высокомеханизированных технологических  линий на базе современного отечественного и импортного оборудования. Осваивается  выпуск эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно экономить  сырьё, но и уменьшать толщину  и массу наружных стен без снижения их теплозащитных свойств, а также  создавать облегчённые конструкции  панелей для индустриализации строительства.  

Расширение ассортимента и, в частности, производство эффективных  изделий с увеличением размеров и уменьшением средней плотности  до 1250-1350 кг/м³ и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м² наружных стен на 20-30%. На действующих заводах наряду с дальнейшей механизацией и автоматизацией производства кирпича будут всемерно улучшаться его качество и повышаться прочностные свойства, требующиеся для строительства зданий повышенной этажности и специальных сооружений. Применение в строительстве кирпича высоких марок в несущих конструкциях позволяет уменьшить его расход на 15-30%. 

Необходимо более широко развивать производство лицевого кирпича, позволяющего исключать оштукатуривание  зданий и улучшать их архитектурный  вид.

Улучшение качества продукции  вызывает необходимость повышения  культуры производства, более строгого соблюдения технологических параметров по всем переделам, улучшения обработки, рациональной шихтовки путём ввода  различных добавок, в том числе  отходов других отраслей промышленности.

В условиях структурной перестройки  в области гражданского строительства  с ориентированием на индивидуальное жилье, повышением требований к качеству и комфортности жилых помещений, внешнему виду зданий, повысились требования к промышленным строительным материалам, в том числе керамическому  кирпичу. Потребитель требует керамический кирпич высокой марочности (М 200 и выше), лицевого качества, с ровными кромками или фасками, равномерно окрашенный и даже цветной, разной конфигурации (угловой, радиальный и т.п.) и, безусловно, с доступной ценой.

Устойчивая тенденция  к повышению рыночного спроса на качественный керамический кирпич находится в явном несоответствии с современным положением дел  в отрасли производства керамического  кирпича.

Современное техническое  состояние многих кирпичных заводов  характеризуется устаревшими технологиями и оборудованием.

Из-за отсутствия средств  на техническое переоснащение многие заводы вынуждены закрываться.

Большинство заводов по производству керамического кирпича сосредоточено  в центре европейской части России. Ряд регионов, несмотря на наличие  сырьевой базы, вынужден ввозить его  из других регионов, что существенным образом отражается на его стоимости .

Треть работающих предприятий  по производству керамического кирпича  имеют годовой выпуск 3-5 млн. шт. В  большей части это так называемые < сезонные> заводы или отечественные  заводы проектной мощностью до 15-20 млн. штук у. к. в год, но практически  полностью технически изношенные. В  то же время эти заводы располагают  карьерными запасами качественной глины, а также персоналом, имеющим определенные знания и опыт в керамическом производстве.

Ряд заводов, поставленных ранее  фирмами Германии, Болгарии, Италии, в силу экономических причин и  отсутствия запасных частей не в состоянии  поддерживать работоспособность оборудования. Фактическая мощность этих заводов  составляет сегодня не более 50 % проектной, себестоимость кирпича резко  выросла, заводы имеют повышенный расход топлива и электроэнергии на единицу  продукции из-за недогруза сушил  и печей обжига, технологического оборудования.

Многие предприятия перешли  или переходят в собственность  владельцев, не обладающих специфическими знаниями и не имеющих опыта работы в кирпичном производстве. Им трудно охватить весь комплекс проблем, разработать  мероприятия и очередность их реализации с целью приведения завода в надлежащее техническое состояние, обеспечения роста объемов производства и качества выпускаемого керамического  кирпича.

В сложившихся условиях удовлетворить  запросы строителей и архитекторов по объемам производства, номенклатуре и качеству керамического кирпича  можно, сосредоточив внимание производства строительного керамического кирпича  на совершенствовании технологии, улучшении  качества выпускаемой продукции  и расширении ассортимента.

При строительстве новых  предприятий нужно предусматривать  установление автоматизированных и  высокомеханизированных технологических  линий на базе современного отечественного и импортного оборудования. Осваивать  выпуск эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно заменять традиционный полнотелый кирпич. Это  позволит не только экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу  наружных стен без снижения их теплозащитных  свойств, а также создавать облегчённые  конструкции панелей для индустриализации строительства.

Расширение ассортимента и, в частности, производство эффективных  изделий с увеличением размеров и уменьшением средней плотности  до 1250-1350 кг/м³ и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м² наружных стен на 20-30%. 

На действующих заводах  наряду с дальнейшей механизацией и  автоматизацией производства кирпича  необходимо улучшать его качество и  повышать прочностные свойства, требующиеся  для строительства зданий повышенной этажности и специальных сооружений. Применение в строительстве кирпича  высоких марок в несущих конструкциях позволяет уменьшить его расход на 15-30%.

Необходимо более широко развивать производство лицевого кирпича, позволяющего исключать оштукатуривание  зданий и улучшать их архитектурный  вид.

Улучшение качества продукции  вызывает необходимость повышения  культуры производства, более строгого соблюдения технологических параметров по всем переделам, улучшения обработки, рациональной шихтовки путём ввода  различных добавок, в том числе  отходов других отраслей промышленности.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод: В современных  условиях производство строительных материалов является одним из важнейших направлений  нашей отечественой промышленности. Это объясняется ежегодно повышающимися темпами строительства и дефицитом высококачественных стройматериалов. Недостатки, низкое качество и дороговизна многих стройматериалов, заставляют искать более совершенные и инновационные методы их производства.

Обоснование выбранного места строительства

Завод по производству Керамического  кирпича будет расположен в Дмитровском  районе Московской области, вблизи Верескинского месторождения глин . В Московской области проживают 12млн. человек, развита промышленность, построены автомобильные и железнодорожные пути. Завод находится в непосредственной близости к г. Москве ( в 20 км. от МКАД) - крупнейшим потребителем керамического кирпича в Российской Федерации. Ежегодно в Московском регионе устойчиво увеличивается объёмы строительства и повышается спрос на стройматериалы в том числе и на керамический кирпич.

Основными конкурентами на рынке сбыта керамического кирпича  являются Владимировская и Ярославская  области. Но за счёт дальности к потребителям повышаются расходы на транспортировку  кирпича из данных областей. Преимущество строительства кирпича в Московском регионе – это близость к основным потребителям.

Месторождение глин расположено  в Молжаниновском районе он входит в состав Северного административного округа г. Москвы. В него включены деревни Молжаниновка, Бурцево,Новодмитровка, Новоселки, Мелькисарово, Черкизово,Верескино. Выемка глины будет производится вблизи деревни Верескино. Площадь участка, выделенного для выемки покровных суглинков, подлежащая рекультивации, составляет – 11га.

Отличительной особенностью кирпича, который будет производиться, является его экологическая чистота, которая объясняется качествами применяемого в производстве сырья. В отличие от продукции других предприятий используемая глина  Верескинского месторождения не содержит примесей металлов и горных пород, имеющих иногда вредный радиационный фон. Научно-технический потенциал Московской области дает возможность привлечь к реализации проекта специалистов высокой научно-производственной квалификации. По оценкам специалистов, запасов глины данного месторождения хватит на 20 лет бесперебойной работы предприятия при планируемом объеме производства.

Привязка к источникам: энергосбережения–Мосэнерго, ГОСТ 5542-87

Газоснабжения -ММГП Мосгаз (Ставропольский газ)  водоснабжение городское. При производстве кирпича в качестве отощающих добавок планируется использовать уносы (отходы керамзитного производства), прилегающего к территории проектируемого завода. Все это обуславливает хорошие перспективы для строительства и развития завода, обеспечивает выпускаемой продукции предприятия широкий региональный рынок, поскольку есть развитая транспортная инфраструктура, ресурсы рабочей силы, потребность в строительстве и, главное, хорошая сырьевая база. 

Характеристика  сырья

В проектируемом участке  для производства керамического  кирпича в качестве основного  компонента используем глину Верескинского месторождения.

Химический состав глины, %

Характеристика  основных видов сырья.

Глина

1. По содержанию AI2О3 в  прокалённом состоянии – к группе полукислых ( AI2О3 - 15,01 %)

2. По содержанию красящих  оксидов – к группе с высоким  содержанием красящих окисло ( содержание Fe2О3 в прокалённом состоянии  – 5,54%)

3. По содержанию водорастворимых ионов ( содержание на 100г. глины – 0,27 мг.экв)

4. По содержанию тонкодисперсных  фракций относиться к группе  низкодисперсных ( содержание частиц размером менее: 10 мкм – 58,16%, 1мкм – 29,30%)

5. По степени засоренности - к группе с низким содержанием  включений ( остаток на сите 0,5мм. – 0,31% )

6. По числу пластичности  относится к группе среднепластичных ( число пластичности–20)

7. Коэффициент чувствительности  к сушке – 1,05 (среднечувствительная глина)

9. Водопоглащение 19,8-16,1-12,9%

10. Плотность 1,85-1,95-2,18г/см

Ассортимент и  требования к выпускаемой продукции

Кирпич и камни по ГОСТ 530-95 изготовляют из глинистых и  кремнезёмистых пород (трепела, диатомита), лёссов и промышленных отходов угледобычи, углеобогащения, а также зол, шламов с минеральными и органическими  добавками или без них. Кирпич можно изготовлять полнотелым или  пустотелым, а камни - только пустотелыми.

2.1. Номенклатура выпускаемых изделий

Кирпич и камни в  зависимости от размеров подразделяются на виды, указанные в таблице 1. 

Таблица 1.

Параметры и размеры строительной керамики .

По теплотехническим свойствам  и плотности (объёмной массе) кирпич и камни в высушенном до постоянной массы состоянии подразделяются на три группы:

- эффективные, улучшающие  теплотехнические свойства стен  и позволяющие уменьшить их  толщину по сравнению с толщиной  стен, выполненных из обыкновенного  кирпича. К этой группе относят  кирпич плотностью не более  1400 кг/м³ и камни плотностью не более 1450 кг/м³;

- условно эффективные,  улучшающие теплотехнические свойства  ограждающих конструкций. К этой  группе относят кирпич плотностью  свыше 1400 кг/м³ и камни плотностью свыше1450 и до 1600 кг/м^3;

- обыкновенный кирпич  плотностью свыше 1600 кг/м³.

Масса кирпича и камней должна удовлетворять требованиям  ГОСТ 22951-78.

По прочности кирпич и  камни подразделяют на марки 300,250, 200, 175, 150, 125, 100, 75.

По морозостойкости кирпич и камни подразделяются на марки  Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35 и Мрз 50.

Намечаемый к производству кирпич керамический в данном дипломном проекте должен соответствовать ГОСТ 530-95 "Кирпич и камни керамические". К производству планируется кирпич со следующими параметрами:

длина — 250 мм,

ширина — 120 мм,

толщина — 65 мм,

кирпич полнотелый

марка кирпича (по прочности) — 150

плотность (объемная масса) — 1600 кг/м3

морозостойкость (Мрз) — 25-35.

пористость 8%

По теплотехническим свойствам  и плотности (объемной массе) планируемый  к выпуску кирпич относится к  группе условно эффективных, улучшающих теплотехнические свойства стен. Он может  применяться для облицовочных работ  и для рядовой кладки стен жилых  и общественных зданий. 

Технические требования к выпускаемой продукции

Кирпич и камни должны удовлетворять требованиям стандарта  и изготовляться по технологическим  регламентам, утверждённым в установленном  порядке.

Предел прочности при  сжатии и изгибе кирпича и предел прочности при сжатии камней по площади  брутто (без вычета площади пустот) должны быть не менее значений, указанных  в таблице.

Пределы прочности и сжатия для камней и кирпичей.

Кирпич и камни керамические имеют форму прямоугольного параллелепипеда  с прямыми рёбрами и углами и ровными гранями на лицевых  поверхностях. Поверхность граней может  быть рифлёной. Допускается изготовление кирпича и камней с закруглёнными  углами радиусом закругления до 15 мм. Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно  или параллельно постели и  могут быть сквозными и несквозными. Размер сквозных цилиндрических пустот по наименьшему диаметру должен быть не более 16 мм, ширина щелевидных пустот - не более 12 мм. Диаметр несквозных пустот не регламентируется. Размер горизонтальных пустот не регламентируется. Толщина  наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм.

Отклонения от установленных  размеров и показателей внешнего вида кирпича и камней не должны превышать на одном изделии следующих  значений:

1. Отклонение от размеров, мм:

- по длине            ±7

- по ширине                 ±5

- по толщине:

кирпича     ±3

камня                  ±4

2. Непрямолинейность ребер и граней кирпича и камней, мм, не более:

- по постели                4

- по ложку                     6

3. Отбитости углов глубиной от 10 до 15 мм, шт. 2

4. Отбитости и притупленности ребер, не доходящие до пустот, глубиной более 5 мм, длиной по ребру от 10 до 15 мм, шт. 2

5. Трещины протяжённостью  по постели полнотелого кирпича  до 30 мм, пустотелых изделий не  более, чем до первого ряда  пустот (на кирпиче- на всю толщину,  на камнях- на ½ ложковой или тычковой граней), шт.

- на ложковых гранях 1

- на тычковых гранях 1

Общее количество кирпича  и камней с отбитостями, превышающими допускаемые, не должно быть более 5%. Количество половняка в партии не должно быть более 5%.

Половняком считают изделия, состоящие из парных половинок или имеющие трещины протяжённостью по постели полнотелого кирпича более 30 мм, пустотелых изделий - более чем до первого ряда пустот (на кирпиче на всю толщину, на камнях на ½ ложковых или тычковых граней).

Недожог и пережог кирпича  и камней являются браком; поставка таких изделий потребителю не допускается.

Известковые включения (дутики), вызывающие после испытания разрушение изделий или отколы на их поверхности размером по наибольшему измерению от 5 до 10 мм в количестве более трёх, не допускаются.

Водопоглощение кирпича и камней, высушенных до постоянной массы, должно быть для полнотелого кирпича не менее 8%, для пустотелых изделий - не менее 6%.

Кирпич и камни в  насыщенном водой состоянии должны выдерживать без каких-либо признаков  видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, выкрашивание) не менее 15, 25, 35, и 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, в зависимости от марки по морозостойкости.

Кирпич и камни высшей категории качества должны удовлетворять  требованиям:

-   пустотелые должны быть эффективными или условно эффективными и иметь марку по прочности не менее 100;

-   полнотелый кирпич должен иметь марку по прочности не менее 150;

-   морозостойкость изделий должна быть не менее Мрз 25;

общее количество кирпича  и камней с отбитостями, превышающими допускаемые, не должно быть более 3%.

Обоснование выбора способа производства

При производстве керамического  кирпича используется метод полусухого прессования и метод пластического  формования, каждый из которых имеет  свои достоинства и недостатки. При  наличии рыхлых глин и глин средней  плотности с влажностью не свыше 23-25% применяют пластический способ переработки глин; для слишком  плотных глин, плохо поддающихся  увлажнению и обработке с низкой карьерной влажностью (менее 14-16%) - полусухой  способ переработки.

Метод полусухого прессования  предусматривает предварительное  высушивание сырья, последующее  измельчение его в порошок, прессование  сырца в пресс-формах при удельных давлениях, в десятки раз превышающих  давление прессование на ленточных  прессах. Преимущества технологии полусухого прессования заключается в том, что спрессованный кирпич-сырец  укладывается непосредственно на печные вагонетки и на них высушивается в туннельных сушилках, или же, минуя  предварительную досушку, непосредственно поступает на обжиг. Комплексная механизация производства осуществляется проще, чем при методе пластического формования. Однако технология полусухого прессования требует более совершенной системы аспирации на трактах приготовления и транспортирование порошка, использования более высокопроизводительных прессов.

Технологическая схема производства изделий с пластическим способом подготовки массы, несмотря на свою сложность  и длительность, наиболее распространена в промышленности стеновой керамики. Метод формования из пластических масс исторически сложился на основе пластических свойств глин и широко используется в керамической технологии. Способ пластического формования позволяет  выпускать изделия в широком  ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и большей пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкость таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья.

При переработке глин в  сыром виде схема подготовки сырья  несколько проще и экономичней, поскольку нужно меньше перерабатывающего  оборудования, следовательно, меньше энергоемкость. Все оборудование более надежно  и просто в обслуживании. Температура  обжига изделий примерно на 50⁰С ниже, чем у изделий полусухого прессования, что позволяет также снизить энергозатраты на обжиг и в какой-то мере компенсируют высокие затраты на сушку.

Недостатком способа пластического  формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого, большая  усадка материала при сушке и  наличие отдельного процесса сушки затрудняет возможность механизации трудоемких операций при садке сырца на сушку, перекладке высушенного сырца для обжига и совмещения в одном агрегате процессов сушки и обжига.

Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить  каменистые включения, разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному  составу, влажности и структуре, а также придать массе надлежащие формовочные свойства. Глиняный брус формуют в горизонтальных ленточных  шнековых прессах часто с вакуумированием массы. Вакуумирование массы способствует повышению ее плотности, пластичности, улучшает формовочные и конечные свойства кирпича.

В проекте будем использовать схему производства изделий пластическим методом, поскольку используемая глина  достаточно высокой влажности, среднепластичная.

Производство керамики должно быть обеспечено непрерывной подачей  однородного глинистого материала, лишенного каменистых включений  имеющего разрушенную природную  «структуру» для лучшего смачивания, сохраняющего достаточно постоянную влажность  независимо от времени года и равномерно перемешенного с добавками. На керамических заводах сырьевые материалы подвергают грубому, среднему и мелкому дроблению  грубому и тонкому помолу. Обычно тонким помолом завершается механическое измельчение материалов, что обеспечивает более интенсивное их спекание, содействует  снижению температуры обжига. Измельчение  глинистых материалов проводят последовательно  на вальцах грубого и тонкого  измельчения. Каменистые включения  не могут быть полностью выделены из глины общепринятыми механическими  приемами – дезинтеграторными ребристыми вальцами. Опыт показывает, что при пользовании этими машинами в глине может остаться около половины (а иногда и более) камней. В дальнейшем эти камни будут в значительном своем количестве перемолоты гладкими вальцами или бегунами, что, однако, вызывает быстрый износ бандажей и частые ремонты. Бегуны мокрого помола используют при наличии в глинах трудноразмокаемых включений и для обработки плотных глин и глин, содержащих известковые включения. Предварительное (грубое) дробление непластичных твердых материалов в керамической технологии производят в щековых или конусных дробилках, работающих по принципу раздавливающего и разламывающего действия. Степень измельчения в щековой дробилке 3-10, а в конусной – 6-15. Среднее и мелкое дробление, грубый помол непластичных материалов выполняется с помощью бегунов, молотковых дробилок, валковых мельниц. Молотковая дробилка обеспечивает высокую степень измельчения (10-15), однако влажность дробимого материала не должна быть более 15%.

Подача и дозировка  сырья на большинстве кирпичных  заводов происходит при помощи ящичных  питателей.

В настоящее время на многих керамических и кирпичных заводах  широко применяется увлажнение глины  паром. Этот способ состоит в том, что в массу подается острый пар, который при соприкосновении  с холодной глиной конденсируется на ее поверхности. В результате пароувлажнения обрабатываемая масса нагревается до 45-60^оС. Пароувлажнение имеет существенные преимущества, так как улучшается способность массы к формованию, что обуславливает уменьшение брака при формовке и повышение производительности ленточных прессов на 10-12%, снижение расхода электроэнергии на 15-20%. В результате пароувлажнения улучшаются сушильные свойства массы, что позволяет сократить продолжительность сушки сырца на 40-50%. Иногда производят дополнительную обработку керамической массы, которая осуществляется в вальцах тонкого помола, дырчатых вальцах или в глинорастирателе.

Различают сушильные устройства для естественной и искусственной  сушки сырца. В первом случае сырец  высушивается атмосферным воздухом за счет солнечного тепла в летнее время, во втором – за счет тепла, получаемого  от сгорания топлива. Преимущество искусственной  сушки перед естественной в том, что она дает возможность заводам  работать круглый год, а не только в течение летнего сезона. При  этом не только улучшается использование  технологического оборудования, но на заводе создаются постоянные кадры  квалифицированных рабочих. Кроме  того, искусственная сушка значительно  менее трудоемка, чем естественная. Задача организованного процесса сушки  состоит в подводе энергии (тепловой или электрической) к высушиваемому  изделию с наименьшими потерями и в наименьшие сроки, допустимые для целостности изделия. Большинство  современных кирпичных заводов  оборудовано устройствами для искусственной  сушки кирпича-сырца, которые по режиму работы подразделяются на сушилки  периодического (камерные) и непрерывного (туннельные) действия. Сушилки непрерывного действия (туннельные)являются наиболее современным сушильным агрегатом  в кирпичной промышленности. В  туннельной сушилке кирпич-сырец, находящийся  в вагонетках, в течение цикла  сушки перемещается через весь туннель  от одного его конца к другому. Срок сушки кирпича-сырца, изготовленного из пароувлажненной массы, сокращается примерно на 30%. Расход тепла на сушку кирпича-сырца в туннельных сушилках ниже, чем в камерных. Существенным преимуществом туннельных сушилок перед камерными является то, что туннельные могут быть оснащены аппаратурой, обеспечивающей автоматическое регулирование процесса сушки. Продолжительность процесса сушки и качество высушенного кирпича-сырца в значительной степени зависят от плотности и системы садки сырца на сушильных вагонетках. Необходимо обеспечить равномерность омывания теплоносителем сырца и получение надлежащей температуры и относительной влажности теплоносителя в различных частях сушилки. Недостаток туннельных сушилок в том, что в них наблюдается расслоение теплоносителя и более интенсивная сушка сырца на верхних полках. Устранение расслоения и равномерная сушка сырца по высоте туннеля достигаются перемешиванием теплоносителя в туннеле путем устройства воздушных завес за счет дополнительной подачи воздуха сверху в отдельных местах туннеля струйками с большой скоростью.