Производство силикатных кирпичей

                                         1.Введение

Силикатный кирпич представляет собой искусственный безобжиговый стеновой строительный материал, изготовленный методом прессования увлажненной смеси из песка и других мелких заполнителей, извести и различных вяжущих с применением добавок или без них и отвердевший под действием пара в автоклаве. Качество силикатного кирпича зависит от условий соблюдения технологического процесса – степени измельчения извести, правильной дозировки основных компонентов, соблюдения температурного режима и времени паровой обработки смеси. Чистый песок без примесей – непременное условие для получения качественного продукта. Если в песке содержатся каменистые включения, глина и слюда, качество изделия снижается. Кирпич становится менее прочным, может вздуваться, быстро набирать влагу.

Актуальность  производства. 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 производство единицы продукции в 1,5-2 раза ниже по сравнению с аналогичными показателями работы по изготовлению керамического кирпича.

Усовершенствование производства силикатного кирпича основано на достижениях отечественных ученых, которые проводят научно-исследовательские  работы по выявлению сущности и закономерности физико-химических процессов по улучшению  технологии и повышению качества силикатного кирпича.

Большинство строительных материалов имеет больший объем и среднюю  плотность. Что вызывает значительные расходы на их перевозку от завода или карьера, где их изготовляют  или добывают, на строительную площадку. Выпуск строительных материалов, в частности силикатного кирпича, должен увеличиваться главным образом путем дальнейшего совершенствования производства на действующих заводах, перевооружения заводов новым, современным оборудованием, внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, повышения производительности труда, использования резервов.

К преимуществам силикатного  кирпича можно отнести и то, что он мало подвержен внешнему воздействию  погодных условий и это даёт возможность  использовать силикатный кирпич не только при строительстве новых объектов, но и при реконструкции старых. С появлением новых технологий появилась  обширная гамма цветного силикатного  кирпича, причём при желании можно  найти и разнообразные формы  этого строительного материала. В отличии от керамического кирпича цветовые оттенки силикатного кирпича обусловлены окрашиванием в массе, т.е. не только поверхность, а полностью всё изделие получается одного цвета.

Заводы силикатного кирпича - это высокомеханизированные предприятия. Повышение эффективности работы силикатных заводов обеспечивается на базе широкого использования достижений науки и техники и достигается  путем сокращения производственного цикла, снижения трудовых затрат, существенного улучшения качества выпускаемой продукции и широкого передового опыта.

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.

Силикатный кирпич часто  используется в строительстве, как  относительно дешевый строительный материал. Производство силикатного  кирпича отличается высокой степенью механизации, в разной степени решены вопросы автоматизации отдельных  подсистем на разных уровнях управления, но при этом не исследованы вопросы  объединения подсистем в единую среду управления предприятием.

Производство силикатного  кирпича относится к процессам  высокой сложности, определяемой многообразием  задач управления на разных уровнях, разобщенностью технологических переделов, трудностью организации  взаимодействия между ними, относительно большой длительностью производственных процессов, разнотипностью используемого в производстве оборудования.

Недостатки силикатного  кирпича. Имеет место ограничение для использования силикатного кирпича при строительстве фундамента зданий и цокольных сооружений. Это ограничение связано с тем, что длительное воздействие агрессивных солей в грунтовых водах может негативно повлиять на строительный материал.Силикатный кирпич категорически не применяют при сооружении труб, печей, каминов - максимальная температура использования силикатного кирпича не должна превышать 550 градусов. Также силикатный кирпич имеет приличную массу - и это тоже ограничивает места его использования.Несмотря на то, что силикатный кирпич во многих случаях не подходит для строительства зданий в качестве основной конструктивной единицы, а также не используется во всех производственных помещениях, где технологический процесс предполагает высокие температуры (при постоянном воздействии высокой температуры кирпич разрушается) , материал имеет много преимуществ, сфера его применения, остается широкой. Но производство силикатного кирпича экономично, так как затрачивается минимальное количество топлива, электроэнергии, не требуется дорогостоящего оборудования. В южных районах, а также в регионах с сухим климатом силикатный кирпич считается незаменимым строительным материалом с необходимыми показателями прочности и хорошими теплоизоляционными качествами.

1 Номенклатура продукции.

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. На данном заводе  силикатный кирпич производится нескольких размеров:

2.Выбор и обоснование  технологического способа производства

Известково-песчаную смесь  готовят двумя способами: барабанным и силосным.В данном заводе применяется силосный способ.

Отличительной особенностью приготовления сырьевой смеси силосным способом является то, что увлажненная  перемешанная смесь извести или  вяжущего с песком из смесителя ленточным  конвейером подается в силосы или  реакторы, где выдерживается в  течение времени, установленного лабораторией завода.

Преимущества силосного  способа производства.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.

Силос представляет собой  цилиндрический сосуд из листовой стали  или железобетона; высота силоса 8-10 м, диаметр 3,5-4 м. В нижней части силос  имеет конусообразную форму.

Недостатки силосного  способа производства.Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортер, при этом происходит большоё выделение пыли. При вылеживании в силосах масса часто образует своды; причина этого - относительно высокая степень влажности массы, а также уплотнение и частичное твердение ее при вылеживании. Наиболее часто своды образуются в нижних слоях массы, у основания силоса.

 Для лучшей разгрузки  силоса необходимо сохранять возможно меньшую влажность массы. Из опыта работы рассматриваемого завода установлено, что силосы разгружаются удовлетворительно лишь при влажности массы в 2 - 3%. Силосная масса при выгрузке более пылит, чем масса, полученная по барабанному способу; отсюда более тяжелые условия для работы обслуживающего персонала.

Перечисленные выше отрицательные  моменты не полностью, но в какой-то мере устраняются механизацией разгрузки.

Работа силоса протекает  следующим образом. Внутри силос  разделен перегородками на три секции. Масса засыпается в одну из секций в течение 2,5 ч, столько же требуется  и для разгрузки секции. К моменту  заполнения силоса нижний слой успевает вылежаться в течение того же времени, т.е. около 2,5 ч. Затем секция выстаивается 2,5 ч, и после этого ее разгружают. Таким образом, нижний слой гасится  около 5 ч. Так как разгрузка силосов  происходит только снизу, а промежуток между разгрузками составляет 2,5 ч, то и все последующие слои также  выдерживаются в течение 5 ч в  непрерывно действующих силосах. В  случае образования свода при  разгрузке силоса и прекращении  поступления массы на ленточный  транспортер категорически запрещается  рабочим находиться в силосе.

Для облегчения разгрузки  периодически включают вибратор, укрепленный  на стенке силоса; и этим уменьшают  прилипание массы к стенкам. При  более серьезных зависаниях массы  в силосах ее шуруют ломами через  разгрузочные окна.

 Распределительные щетки  на транспортерной ленте поднимают  механическим пневмоподъемником. Над транспортерной лентой, подающей силикатную массу, установлены распределительные щетки, перемещающиеся вертикально по раме. Опускание и подъем щеток над лентой осуществляется с пульта управления, который оснащен световой сигнализацией и устройством, регулирующим подачу воздуха в пневмоцилиндры.

Рис.1 Технологическая схема  производства силикатного кирпича  с приготовлением сырьевой смеси  по силосному способу;

1 — вагонетка подачи  песка, 2 — бункер для песка  с ленточным питателем, 3 — ленточные  транспортеры, 4— бункер для молотой  извести с дозатором, 5 — шнек  подачи извести, 6 — шаровая мельница, 7 — бункер для дробленой извести  с питателем, 8 — смеситель, 9 —  силосы, 10 — элеватор, 11, 12 — мешалки, 13 — пресс, 14 — автомат-укладчик, 15 — вагонетка с сырцом, 16 —  поворотный круг, 17 — автоклавы, 18 — парокотельная

3. Компоновка и размещение оборудования в составе технологической линии;

Основное оборудование для производства:

Смесительные и дозирующие установки 

Прессы для производства силикатного кирпича 

Транспортные системы 

Автоклавы

Силосные башни

Реакторы

Дополнительное оборудование

На рис. 2  представлена схема компановки оборудования, применяемого при производстве силикатных блоков по силосному способу.

Дробленая известь загружается  в бункер 1, оборудованный затвором 2. Из бункера 1 -известь, ленточным конвейером3 и элеватором 4 на¬правляется в бункер 5.

Часть песка (около 10% от общего количества) загружается в бун¬кер 6 помольного отделения, из которого песок ленточным конвейером 7 и элеватором 8 подается в грохот 9, где происходит отделение гальки (если oнa имеется). Галька поступает в бункер 10 и далее автотранспор¬том вывозится в отвал.

Просеянный песок загружается  в бункер 11. Отдозированные тарельчатым питателем 12 известь (полный потребный объём) и ленточным питателем 13 песок (в равный количествах) поступают на измельчение в шаровую мельницу 14. Измельчённая известково-песчаная смесь, элеватором 15 загружается в бункер 16 и далее пневматическим насосом 17 по трубопроводу 18 транспортируется в бункер 19.

Основная масса пecкa (около 90%) загружается в бункер 20. Из бункера 20 песок транспортируется ленточным конвейером 21 и элеватором 22 на сортировку в барабанный грохот 23. Просеянный песок поступает в бункер 24, а крупные включения - в бункер 25; откуда автотранспортом вывозятся в отвал. Необходимая для увлажнения массы вода,  подогретая до 60—70°, поступает в бак 26.

Рис. 2. Схема компоновки оборудования завода  силикатных изделий

Отдозированные весовыми дозаторами 27, 28, 29 песок, известково-песчаное вяжущее и вода поступают в растворомешалку. 30 на перемешивание. Силикатная масса (влажностью 7—8%) из растворомешалки элеватором 31 подается на ленточный конвейер 32, с которого при помощи лужковых сбрасывателей 33 направляется в один из силосов 34. В силосах силикатная масса выдерживается 3-6 ч. В течение этого времени в смеси гасится известь. Выдержанная в силосах силикатная масса тарельчатыми питателями 35 направляется в приемную воронку 36 и далее элеватором 37 подается в бункер 38.

Силикатная масса и  вода, необходимая для получения смеси требуемой влажности, отвешиваются дозаторами 39, 40 и поступают в мешалку 41.

Перемешанная силикатная масса из мешалки, выгружается в бункер 42 и далее ленточным конвейером 45 подается в бункер самоходного массоукладчика 44.

Массоукладчик транспортирует силикатную массу на формовочный пост, оборудованный виброплощадкой 45 и самоходной кареткой 46 с пустотообразователями.

Для укладки форм 47 на виброплощадку предназначен формоукладчик 48. Этот же формоукладчик используется для съема форм с изделиями и передачи их в зону действия мостового крана 49.

Формы с изделием мостовым краном устанавливаются на вагонетки 50, которые заталкиваются в автоклав 51 толкателями или электропередаточным  мостом (на схеме не показаны).

В автоклаве силикатные блоки  выдерживаются под давлением 10 кн/м2 и температуре 174,5° в течение 8 ч. В последнее время имеет место тенденция к повышению давления пара и, следовательно, к повышению температуры автоклавной обработки, что приводит к сокращению сроков твердения.Готовые силикатные кирпичи выгружаются из автоклавов и подаются на склад готовой продукции.

3.Принцип и порядок прохождения процессов с подробным указанием очередности выполняемых операций;

3.1Подготовка силикатной массы.

Дозировка компонентов.Для получения сырьевой смеси (силикатной массы)требуемого качества необходимо правильно дозировать их.

Дозу извести в силикатной массе определяют не по количеству извести в ней, а по содержанию той ее активной части, которая будет  участвовать в реакции твердения, т. е. окиси кальция. Поэтому норму  извести устанавливают в первую очередь в зависимости от ее активности.

На каждом заводе обычно ее устанавливают опытным путем. Среднее содержание активной извести  в силикатной массе равно 6 – 8%. При  употреблении свежеобожженной извести без посторонних примесей и недожога количество ее может быть уменьшено; если же в извести содержится большое количество недожженного камня и посторонних примесей, а также если известь долго хранилась на воздухе, норма ее в смеси должна быть увеличена. Как недостаточное, так и излишнее количество извести в силикатной массе влечет за собой нежелательные последствия: недостаточное содержание извести снижает прочность кирпича, повышенное содержание удорожает себестоимость, но в то же время не оказывает положительного влияния на качество. Активность извести, поступающей в производство часто изменяется; поэтому для получения массы с заданной активностью требуется часто изменять в ней количество извести. На данном заводе используется известь активностью 70 – 85%.

Кроме извести и песка, составной частью силикатной массы  является вода, необходимая для полного  гашения извести. Вода также придает  массе пластичность, необходимую  для прессования кирпича-сырца, и  создает благоприятную среду  для протекания химической реакции  твердения кирпича при его  запаривании.

Количество воды должно точно  соответствовать норме. Недостаток воды приводит к неполному гашению  извести; избыток воды, хотя и обеспечивает полное гашение, но создает не всегда допустимую влажность силикатной массы. Влага частично поступает с песком, карьерная влажность которого колеблется в зависимости от климатических  условий.

Общий расход воды для получения  силикатной массы требуемого качества составляет около 13% (от веса массы) и  распределяется следующим образом (в%):

на гашение извести……………………………………………..2,5

на испарение при гашении……………………………………..3,5

на увлажнение массы…………………………………………...7,0

Химическая реакция гашения  извести протекает по формуле:

СаО+Н²О=Са(ОН)²

Иногда для повышения  прочности кирпича в силикатную массу вводят различные добавки  в виде молотого песка, глины и  др.

Чтобы достигнуть правильного  соотношения всех составляющих компонентов, применяют специальные дозировочные приспособления. Ввиду того что приготовление  силикатной массы требуемого качества является одной из наиболее важных операций в технологическом процессе производства силикатного кирпича, обязательно регулярно проверять  в лабораториями ее свойства.

Определение скорости гашения  извести следует производить  не менее двух раз в смену; в  случае удлинения времени гашения  извести необходимо немедленно изменить режим гашения путем удлинения  цикла приготовления силикатной массы.

Определение активности извести (содержание СаО+МgО) необходимо проводить также два раза в смену и соответственно с активностью извести изменять дозировку ее для получения нормальной силикатной массы.

Активность и влажность  силикатной массы следует проверять  через каждые 1 – 1,5 часа и в случае отклонения получаемых показателей  от заданных немедленно изменять дозировку  извести и воды.

3.2 Приготовление  силикатной массы.    

   Известково-песчаную смесь готовят двумя способами: барабанным и силосным. Вданном заводе применяется силосный способ.

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.

Силос представляет собой  цилиндрический сосуд из листовой стали  или железобетона; высота силоса 8 – 10 м, диаметр 3,5 – 4 м. В нижней части силос имеет конусообразную форму. Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортер, при этом происходит большоё выделение пыли. При вылеживании в силосах масса часто образует своды; причина этого – относительно высокая степень влажности массы, а также уплотнение и частичное твердение ее при вылеживании. Наиболее часто своды образуются в нижних слоях массы, у основания силоса. Для лучшей разгрузки силоса необходимо сохранять возможно меньшую влажность массы. Из опыта работы рассматриваемого завода установлено, что силосы разгружаются удовлетворительно лишь при влажности массы в 2 – 3%. Силосная масса при выгрузке более пылит, чем масса, полученная по барабанному способу; отсюда более тяжелые условия для работы обслуживающего персонала. Перечисленные выше отрицательные моменты не полностью, но в какой-то мере устраняются механизацией разгрузки.

Работа силоса протекает  следующим образом. Внутри силос  разделен перегородками на три секции. Масса засыпается в одну из секций в течение 2,5 час., столько же требуется и для разгрузки секции. К моменту заполнения силоса нижний слой успевает вылежаться в течение того же времени, т.е. около 2,5 час. Затем секция выстаивается 2,5 часа, и после этого ее разгружают. Таким образом, нижний слой гасится около 5 час. Так как разгрузка силосов происходит только снизу, а промежуток между разгрузками составляет 2,5 часа, то и все последующие слои также выдерживаются в течение 5 час. в непрерывно действующих силосах. В случае образования свода при разгрузке силоса и прекращении поступления массы на ленточный транспортер категорически запрещается рабочим находиться в силосе.

Для облегчения разгрузки  периодически включают вибратор, укрепленный  на стенке силоса; и этим уменьшают  прилипание массы к стенкам. При  более серьезных зависаниях массы  в силосах ее шуруют ломами через  разгрузочные окна.

Над транспортерной лентой, подающей силикатную массу, установлены  распределительные щетки, перемещающиеся вертикально по раме. Опускание и подъем щеток над лентой осуществляется с пульта управления, который оснащен световой сигнализацией и устройством, регулирующим подачу воздуха в пневмоцилиндры.

3.3 .Прессование сырца

На качество кирпича и  в основном на его прочность наиболее существенно влияет давление, которому подвергается силикатная масса во время  прессования. В результате прессования  происходит уплотнение силикатной массы. Тщательно уплотнить сырец –  значит довести до минимума свободное  пространство между частицами песка, сблизив их настолько, чтобы они  разделялись друг от друга только тончайшим слоем вяжущего вещества. Такое сближение зерен песка  при дальнейшей водо-тепловой обработке кирпича-сырца в автоклаве обеспечивает получение плотного и прочного конгломерата.

В момент прессования силикатной массы возникают силы сопротивления  сжатию со стороны зерен песка, препятствующие максимальному сближению зерен. Сила трения массы о стенки формы  и зерен друг о друга преодолевается путем применения давления. Поэтому  давление должно распределяться равномерно по всей площади прессуемого изделия. Прессование необходимо вести только до известного предела, так как при  увеличении давления выше предельного  в массе появляются упругие деформации, которые исчезают после снятия давления и ведут к разрушению сырца. Поэтому  нельзя повышать давление до появления  деформаций.

Существенное значение имеет  скорость, с которой производится давление. Так, например, ударное быстрое  приложение усилия вызывает не уплотнение, а разрушение структуры изделия. Поэтому для преодоления внутренних сил трения давление должно прикладываться плавно с постепенным увеличением. Рабочее давление в прессах применяется  равным 150 – 200 кг/см².

На нормальную работу пресса, а следовательно, на получение кирпича хорошего качества большое влияние оказывает содержание влаги в силикатной массе. В оптимальных условиях прессования кирпича влажность массы должна составлять б – 7% от веса сухого вещества и постоянно контролироваться. Увеличение влажности выше оптимальной не дает возможности спрессовать сырец, снять его со стола пресса и уложить на вагонетку; уменьшение влажности приводит к тому, что спрессованный сырец трудно снять со стола пресса: он разламывается под действием собственного веса. Кроме того, недостаточное содержание влаги в сырце лишает известь необходимой пластичности, обеспечивающей связь между отдельными зернами песка.

Процесс прессования кирпича  складывается из следующих основных операций: наполнения прессовых коробок  массой, прессования сырца, выталкивания сырца на поверхность стола, снятия сырца со стола, укладки сырца  на запарочные вагонетки.

Силикатная масса, приготовленная в силосах, передается при помощи транспортерной ленты в бункер над  пресс-мешалкой пресса. Подача массы в пресс-мешалку должна так регулироваться, чтобы она занимала примерно ³/₄ объема пресс-мешалки. Если поступающая масса имеет более низкую влажность, чем требуется, доувлажнение ее производится в пресс-мешалке, вокруг стенок которой укладывается водопроводная труба с мелкими отверстиями по ее длине, направленными вниз.

Сила струи поступающей  по трубке воды регулируется прессовщиком при помощи вентиля. Увлажненная  масса ножами пресс-мешалки при вращении их подается в прессовые коробки через отверстия в дне пресс-мешалки. При повороте стола пресса коробки, наполненные массой, перемещаются на определенный угол и занимают положение между прессующим поршнем и верхней стороной плитки контрштампа. Под давлением поршень постепенно поднимается и производится прессование сырца.

В момент прессования стол пресса останавливается, а ножи пресс-мешалки вращаются и заполняют массой следующую пару прессовых коробок. После прессования стол пресса поворачивается так, чтобы штампы пресса вместе с сырцом подошли к выталкивающему поршню. Сырец выталкивается поршнем в вертикальном направлении; верхняя пластина штампа при выталкивании выходит из прессовых коробок на 3 – 5 мм выше уровня стола. Затем выталкивающий поршень опускается вниз в первоначальное положение. После снятия пары кирпичей двумя съемщиками-прессовщиками стол поворачивается и штампы подводятся под механическую щетку для очистки.

Верхние пластины очищаются  от налипшей массы, штампы опускаются на величину наполнения прессовых коробок  и цикл начинается снова. Силикатный кирпич по размерам должен отвечать требованиям ГОСТ 379 – 53; в случае отклонения от установленных размеров сырец считается браком.

Плотность прессования сырца  достигается исключительно изменением величины наполнения прессовых коробок: чем больше высота наполнения, тем  выше плотность сырца и, наоборот, чем меньше высота наполнения коробок, тем ниже плотность сырца. Во время  прессования необходимо следить  за тем, чтобы сырец получался  одинаковой плотности; для этого  нужно поддерживать высоту наполнения прессовых коробок одинаковой. Ножи пресс-мешалки должны быть закреплены от дна и стенок на одинаковом расстоянии.

После прессования полученные кирпичи автоматом-укладчиком укладываются на вагонетки, которые транспортируются в автоклавы, где производится тепло-влажная  обработка кирпича.

3.4 Процесс автоклавной обработки

Для придания необходимой  прочности силикатному кирпичу  его обрабатывают насыщенным паром; при этом температурное воздействие  сочетается с обязательным наличием в кирпиче-сырце водной среды, которая  благоприятствует протеканию реакции  образования цементирующих веществ  с максимальной интенсивностью. Насыщенный пар используется с температурой 175⁰ при соответствующем такой температуре давлении в 8 атм.

Автоклав представляет собой  трубу длиной 19м и диаметром 2м, вместимостью 12 вагонеток (V=5965 м³). Режим работы автоклава:

w  1,5 час. – подъём пара,

w  5-6 час. – выдержка,

w  1-1,5 час. – спуск пара.

В процессе автоклавной обработки, т. е. запаривания кирпича-сырца, различают  три стадии.

Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых изделий.

Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают максимальное развитие все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликата кальция, а следовательно, и твердению обрабатываемых изделий.