Производство стекловатных изделий

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное

 учреждение  высшего профессионального образования 

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

_____________________________________________________________________________________

Кафедра технологий отделочных и изоляционных материалов

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА  К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

"Технология изоляционных СМиИ"

Тема: " Цех автоклавных ячеистобетонных блоков.»

Выполнил студентка  СТ-IV-1

                                              Изотова К.С.

                                         Принял      преп. кафедры ТОиИМ

                                     Орлов А.В

Москва 2013

  Содержание

I    Введение                                                                                                      

II   Номенклатура выпускаемой продукции                                                    

III  Технологическая часть                                                                               

      1 Выбор способа и технологической 

         схемы производства                                                                  

                  2 Режим работы цеха                                                                                 

                  3 Производительность цеха                                                                      

      4 Сырье и полуфабрикаты                                                                         

      5 Технологический процесс производства                                                

      6 Расчет и выбор основного  технологического

         и транспортного оборудования                                                               

      7 Ведомость оборудования цеха                                                               

      8 Расчет потребности в энергетических  ресурсах                                   

      9 Штатная ведомость цеха                                                                         

     10 Контроль качества технологического процесса

          и качества готовой продукции                                                                

IV  Охрана окружающей среды                                                                        

V  Охрана труда                                                                                               

VI  Технико-экономическая часть                                                                    

VII Перечень используемой литературы                                                          

I     Введение

Задача данного  курсового проекта заключается  в разработке цеха по производству блоков из газосилиата производительностью 70000 м3 в год. Плотность бетона  400 кг/м3. Способ твердения- автоклавная обработка.

Ячеистые  бетоны были впервые получены в Чехословакии Гоффманом в 1889 г. с использованием реакции взаимодействия соляной  кислоты и бикарбоната натрия. Наиболее приемлемым в производстве ячеистого газобетона оказался способ с использованием алюминиевой пудры и гидроксида кальция, предложенный в США в 1914 г. Эйлвертом и Дайером. 
 
          Практика освоения производства крупногабаритных изделий из ячеистого бетона показала преимущества газобетона перед пенобетоном. Они заключаются в более равномерном распределении пор по всему объёму, улучшенных реологических характеристик поризованной массы, более быстром схватывании и наборе прочности. Это позволяет сократить время предварительной выдержки в 2 – 3 раза по сравнению с пенобетоном.

В 1918 г. швед Эриксон  для обработки ячеистого газобетона впервые применил автоклавный способ, который затем получил широкое  промышленное освоение. Дальнейшее совершенствование  способа проходило в направлении  полной замены цемента известью и  более широкого использования тонкомолотых кремнезёмистых добавок.  
          Изготовление автоклавных газосиликатных изделий в нашей стране было начато в Новосибирске и Челябинске в 1939 – 1940 гг. Начиная с 50-х годов прошлого столетия развивается производство газосиликатов. Интенсивному развитию производства способствовало создание научно-исследовательской и проектно-конструкторской базы. Производством ячеистых теплоизоляционных бетонов в СССР было занято более 50 крупных предприятий.  
 
        Применение автоклавной обработки позволило значительно расширить сырьевую базу ячеистых бетонов и успешно использовать в качестве вяжущих природные вещества и отходы промышленности, которые в естественных условиях практически не проявляют вяжущих свойств.

 
          Учитывая эффективность использования в строительстве ячеистых бетонов, их производство во всём мире постоянно расширяется, особенно в странах Евросоюза- Голландии, Швеции, Финляндии, Норвегии, Польше, ФРГ и др. Наряду с этим идёт непрерывный научно-технический поиск в направлении совершенствования технологии, возможности замены чистых кварцевых песков более дешёвыми рядовыми, полного или частичного исключения из технологии помола кремнезёмистой составляющей за счёт использования промышленных тонкодисперсных отходов, а также использования новых геополимерных вяжущих. Ресурсо- и энергосбережение стало основой мотивации творчества в области разработок новых видов технологических процессов производства ячеистых бетонов.

Газосиликатный блок представляет собой пористый материал, что относит его к группе ячеистых бетонов. Наличие пор, размером 1-3 мм, делает этот материал не только прочным, но и очень легким - его вес составляет от 300 до 600 кг/м3. В зависимости от веса, определяется область его применения. Блоки весом в 300 кг/м3 могут быть использованы лишь в качестве утеплителя, поскольку снижаются прочностные характеристики. Но стремление строить из газосиликатных блоков с наименьшей плотностью, вполне объяснимо: чем меньше плотность материала, тем меньше его теплопроводность. То есть, чем больше пор, наполненных воздухом (плохим проводником тепла), тем меньше потери тепла. В Европе используют газосиликатные блоки весом в 500 кг/м3. Легкость газосиликатных

блоков имеет еще одно преимущество – для них не требуются подъемные механизмы, а также сокращается время строительства, от чего зависит стоимость. Газосиликатные блоки достаточно экологичны, уступают только дереву, но в отличие от дерева, этот материал не гниет и не горит. В его состав входит только природное минеральное сырье, поэтому газосиликатные блоки могут находиться в огне около 3-7 часов. Наличие пор в газосиликатном блоке обеспечивает влаго и морозостойкость. Лед и вода вытесняются в резервные поры.

Сравнительные характеристики газосиликата и пенобетона.

В настоящее время на долю газосиликата приходится основной объём теплоизоляционного ячеистого бетона – около 70%, и  пенобетона около 30%.

II Номенклатура выпускаемой продукции

Техническая характеристика изделия. Табл.1

Газосиликат представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал, получаемый из смеси извести с молотым  кварцевым песком путём вспучивания  предварительно приготовленного шлама (теста) с помощью газообразователей  и отвердевания в различных условиях (автоклавная обработка или пропаривание).

Блоки газосиликатные - прочный, лёгкий и удобный строительный материал.

Газосиликатные блоки плотностью от 500 кг/м² применяются как стеновой материал в малоэтажном или монолитном строительстве.

Пористость газосиликата: в процессе вспучивания газосиликат увеличивается  в объеме вверх, поэтому часть  пор имеет не сферическую, а вытянутую  в этом направлении форму. Это  влияет на прочность газобетона, причем колебания прочности его в  разных направлениях могут составлять до 20%. Газосиликатный блок имеет закрытые и открытые, т.е сообщающиеся поры.

Размеры отдельных пор у всех ячеистых бетонов примерно одинаковы; средний размер пор составляет от 0,6 до 0,8 до 2-2,2 мм.У теплоизоляционно-конструкционных  ячеистых бетонов общая объемная пористость составляет 50до 60%.Водопоглащение ячеистых бетонов зависит от вида вяжущего вещества. Поэтому изделия  из газосиликата разрешается использовать в помещениях с относительной  влажностью воздуха не выше 60%. Водопоглащение теплоизоляционного газобетона от 45 до 60%, но у теплоизоляционно-конструктивного  – от 20 до 50%. Снижение прочности  при сжатии у насыщенного водой  газосиликата составляет от 25 до 40% первоначальной. При высыхании прочность газобетона почти полностью восстанавливается.

Морозостойкость ячеистых бетонов  проверена положительным опытом применения их в строительстве. Лабораторные испытания тоже подтверждают это. Так, потеря прочности газосиликата после 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания составляет для газобетона марки 700-20%, а марки 1000-18%. Исследования показали, что на долю резервных пор в ячеистых бетонах приходится около 10% общего объема пор, заполненных водой, что является достаточным для расширения воды при превращении ее в лед.

Температуростойкость и огнестойкость. Температуростойкость ячеистых бетонов  невысока. Предельные температуры применения изделий могут быть приняты примерно 400^оС. Скорость нагревания отражается на прочность изделий: быстрый нагрев способствует появлению трещиноватости скорее, чем медленное нагревание до той же температуры. Ячеистые бетоны относятся к несгораемым строительным материалам. Изделия из них обладают более высоким пределом огнестойкости, чем из обычных плотных бетонов, благодаря большой пористости и низкой теплопроводностью.

Таблица 2

Теплофизические свойства ячеистого  силиката по СниП II-3-79.      

Таблица 3

III Технологическая часть

         Выбор способа и технологической схемы производства.

Производство  газосиликатных блоков ведем по агрегатно-поточному способу. Так как у нас однотипные изделия небольшой номенклатуры этот способ эффективен.

       Сущность процесса порообразования при получении газосиликата состоит во взаимодействии алюминия с гидроокисью кальция. При этом скорость выделения рабочего газа (водорода) регулируют так, чтобы она соответствовала скорости нарастания вязкости известкового теста и заканчивалась к моменту потери ими своей подвижности. Если схватывание раствора произойдет раньше, чем закончится газообразование, то дальнейшее выделение газа может вызвать разрушение начинающих твердеть пористых   изделий.

        Основная задача при этом заключается в том, чтобы обеспечить соответствие между скоростью реакции газовыделения и скоростью нарастания вязкости вяжущего теста или раствора. Выделение газа должно заканчиваться к началу затвердения раствора, когда он теряет свою подвижность.

3Са(ОН)₂+2Аl+6 Н₂О=3СаО* Аl₂О₃*6 Н₂О+3

       При производстве  газосиликата мокрый помол песка  наиболее рационален и экономичен.Песок  хранят в бункерах, расположенных  над уровнем земли, отула он  поступает в шаровую мельницу  через дозатор, которым оборудован  бункер. Тонкость помола песка  зависит от количества загружаемого  песка в мельницу и степенинаполнения  её камер мелющими телами. Олученный  песчаный шлам проходит через  сито для отделения неразмытых  частиц, нарушаемых структура газосиликата, из сита  приготовленный шлам  через дозатор поступает в  газобетоносмеситель, перед подачей  в который шлам прогревают  паром до температуры 40-45 С.

Технологическая схема  производства

Дозировку песка и извести осуществляют весовыми дозаторами разных систем. Весьма точное отвешивание должно быть при  дозировке алюминиевой пудры. Все  компоненты газобетонной массы смешиваются  в передвижной газорастворомешалке  которая может передвигаться  при помощи мостового крана, кран балки или тельфера, а также  по рельсовому пути. Применение передвижной  газорастворомешалки СМ-553 лучше, чем  неподвижной, так как в этом случае не нарушается процесс вспучивания  газобетонной массы при двойном  переливании ее из растворомешалки  в разливочный ковш и из него в  форму.

Составные части газобетонной массы  загружаются в газорастворомешалку  в следующей последовательности. Сначала заливается песчаный шлам, потом известь. Смесь перемешивается в течении 5 мин. Затем всыпается  в газорастворомешалку точно  отмеренное количество алюминиевой  пудры в виде водной суспензии, продолжая  перемешивания еще в течении 5 мин мешалкой, при этом вращение лопастного вала продолжается.

Тщательное  перемешивание массы имеет очень  большое значение, так как при  недостаточном смешивании газосиликат  может иметь неодинаковую по величине и неравномерно распределенную пористость, что снижает его прочность  и ухудшает теплоизоляционные свойства. Но и слишком долго перемешивать суспензию алюминиевой пудры  с раствором нельзя, так как  газовыделение может начаться уже в газорастворомешалкеи после заливки в формы газобетонная масса не даст нужного вспучивания.

        Газосиликатную массу разливают в формы через два отверстия в нижней части мешалки при помощи гибких рукавов. Формы представляют собой металлические ящики с разъемными стенками, скрепляемых клиньями.

К подготовленным формам подают растворомешалку  и заливают массой формы на 2/3 или  ¾ высоты, учитывая увеличение объема массы при газовыделении.

Заливаемая в формы масса  должна иметь такую вязкость, чтобы  до начала схватывания вяжущего вещества твердые, жидкие и газообразные компоненты ее не разделялись и масса не расслаивалась.

Затем производят вибрирование массы. В результате чего резко ускоряется процесс вспучивания газосиликата и повышается качество газосиликатных изделий.

Газосиликатная масса в обычных  производственных условиях вспучивается в пределах от 15 до 50 мин; процесс  вибровспучивания рпродолжается всего  лишь от 1 до 3 мин.

Параметры вибрирования изменяются в  зависимости от объемного веса газосиликатных изделий.

Вибровспучивание газосиликатной массы по сравнению с обычном  способом вспучивания газосиликата имеет технико-экономические преимущества:

1. структурная прочность массы после прекращения вибрирования нарастает очень быстро;
2. время выдерживания изделий до автоклавной обработки значительно сокращается в следствии их большей прочности;
3. продолжительность запаривания изделий в автоклавах тоже уменьшиться, так как изделия при загрузке в автоклавы сохраняют еще температуру около 60-70^оС и обладают большей начальной прочностью;
4. качество газосиликатных изделий, получаемых с применением вибровспучивания, улучшается: изделия получаются с более мелкой и равномерно распределенной пористостью;  усадочные деформации уменьшаются ; вибровспученый газосиликат более морозостоек, чем обычный;

Сырьевые материалы и технологическое  оборудование при этом не меняется по сравнению с обычным способом производства газосиликата, кроме дополнительной установки виброплощадок.

Изделия выдерживаются в формах до автоклавной обработки не более 1часа в отапливаемом помещении, либо в камере микроклимата, после чего срезают горбушку и разрезают  на изделия нужных размеров.

Горбушку срезают машинами типа К-386/3, в настоящее время на заводах  ячеистого бетона применяют резательную  технологию, обеспечивающую высокую  точность размеров, прямолинейность  граней и отсутствие масляных пятен  на поверхности. Благодаря резательной  технологии повышается степень заполнения автоклава, снижается металлоемкость производства, резко уменьшается  количество ручных операций.

Затем идет тепловлажностная обработка  изделий. Для запаривания изделий  в автоклавах используют влажный  насыщенный водяной пар, быстро конденсирующийся и создающий водную среду в  порах материала. При поступлении  из котельной сухого насыщенного  пара его увлажняют при помощи специальных увлажнителей. Перегретый пар для автоклавной обработки  не применяется. Давление пара в изотермический период запаривания обычно составляет от 9 до 13 атмосфер (175-190^оС). необходимость подъема давления до 9 атмосфер объясняется тем, что интенсивность растворения SiO₂ в растворе Са(ОН)₂ начинается при температуре 170-175 ^оС.

Расход пара на 1 м³газобетона колеблется от 225 до 300 кг.

В целях наиболее экономического использования  пара автоклавы работают с перепуском пара из одного автоклава в другой: в только что загруженный изделиями  автоклав сначала подают отработанный пар из другого автоклава, в котором  изотермический период запаривания  уже окончился, лишь после выравнивания давления в обоих автоклавах начинается выпуск в первый автоклав свежего  пара из котельной. Перепуск обработанного  пара из одного автоклава в другой осуществляется постепенным открыванием  парового вентиля.

Процесс тепловлажностной обработки  по характеру происходящих при этом физико-химических явлений может разделится на три стадии, которым соответствуют прямые циклограммы тепловлажностной обработки. 1- повышение температуры до требуемой, 2-прогрев изделия, 3-постепенное снижение температуры в автоклаве, постепенное остывание изделия.

Ниже  приведена циклограмма тепловлажностной  обработки.

.

2   Режим работы цеха

          Режим работы цеха характеризуется числом рабочих дней в году, количеством рабочих смен в сутки, и количеством часов в рабочую смену. Режим работы устанавливается по нормам технологического проектирования предприятия. Для предприятий с автоклавной обработкой, т.е. выпускающих ячеистые бетоны автоклавного твердения, в году принимается 305 рабочих дней, формирование проводится в 2 смены. Продолжительность смены 8 часов.

         Режим работы предприятия Таблица 5

Номинальный годовой фонд рабочего времени определяется по формуле:

Фн = Дн * См * Тсм, час.

Дн-количество рабочих дней в году

См- количество рабочих смен в сутки,

Тсм-количество часов в рабочей смене.

           Годовой фонд чистого рабочего времени составляет

         Фч=Фн*Ктм*Ксм

Коэфициент  технического использования рабочего времени с учетом времени простоя  борудования за год составляет ориентировочно Ктм=0,95.

Ориентировочное значение коэффициента использования  рабочего времени  Ксм для каждого оборудования принимает в соответствии с методическим пособием,  и заносим в таблицу 5.

Фн1=365*2*8=5840

Фн2=Фн3=Фн4=260*2*8=4160

Фн5=305*3*8=7320

Фн6=365*2*8=5840

Фч1=5840*0,95*0,95=5270,6

Фч2=Фч3=4160*0,95*0,95=3754,4

Фч4=4160*0,95*0,85=3359,2

Фч5=7320*0,95*1=6954

Фч6=5840*0,95*0,95=5270,6

3   Производительность цеха

Таблица 6

         Расчет  производительности для каждого технологического передела производим по формуле

Пр=По/(1-Б/100)

Пр-производительность рассчитываемого передела

По-производительность следующего передела

Б-производительны  расходы и потери от брака, %

                                                                                         Таблица 7

Количественые величины брака принимаем в соответствии с методическим пособием, вносим в  столбец 3, таблицы 7.

Производительность  с учетом потерь брака на переделах  рассчитываем:

Упаковка:  70000 тыс. куб.м/год

Автоклавная обработка: 70000/(1-2,5/100)=71795

Резка на формы: 71795/(1-15/100)=84465

Формовка:   84465/(1-5/100)=88910

Смешивание  компонентов: 88910

Помол песка: 88910=(1-3/100)=91660

Итого годовая  производительность с  учетом потерь на брак равна 91660 тыс.куб м.

 4  Сырье и полуфабрикаты

Основными видами сырья для изготовления автоклавных  ячеистых бетонов служат песок, известь, вода и порообразователи.

Песок используют преимущественно с содержанием 76-95% двуокиси кремния, хотя оптимально – не менее 90% SiO2, не более 5% глины  и 0,5 слюды. По остальным показателям  песок должен удовлетворять ГОСТ 8736-74; он должен содержать несвязанной  двуокиси кремния не менее 90%, сернистых  и сернокислых примесей в пересчете  на SO3 – не более 2%, щелочей (в пересчете  на Na2O) – не более 0,9; пылевидных, илистых  и глинистых частиц размером менее 0,05 мм – не более 0,5 %; зерен размером более 5 мм – не более 5%. Средняя насыпная плотность 1500 –т 1550 кг/м3. Дисперсность песка, после сухого или мокрого  помола на заводах выпускающих газосиликат  средней плотностью 320 – 500 кг/м3 с  пределом прочности при сжатии 1- 1,6 МПа, должна быть 2300-300 и 2200-2500 см2/г – для газосиликата средней плотностью 340-500 кг/м3 с пределом прочности 0,9-1,6 МПа. Получение песка необходимого гранулометрического состава, обеспечивающего наиболее плотную укладку компонентов смеси, возможно при мокром помоле части песка и совместном сухом помоле другой части с известью и цементом.

Более прочный газосиликат получают из чистых песков с большим содержанием  двуокиси кремния, что объясняется  малым содержанием или полным отсутствием в цементирующим  веществе включений или новообразований, снижающих прочность бетона.

Известь. Для  ячеистой массы пригодна маломагнезиальная  молотая негашеная известь - кипелку  активностью не менее 70%. Для автоклавных  ячеистых бетонов следует применять  высокоэкзотермическую известь  с температурой гашения около 85 оС. Негашеная известь должна иметь  тонкий помол, так как высокая  дисперсность ее обеспечивает развитие большой поверхности взаимодействия между CaO извести с SiO2 кремнеземистой добавки и интенсивность химической реакции между ними при автоклавной  обработке изделий. В ней должно содержаться окиси магния не более 5%. В извести должно быть не менее 70% активных CaO + MgO, т.к изготавливаются изделия из ячеистых бетонов крупного размера требования к извести особенно повышаются: в этих случаях необходима молотая известь - кипелка не ниже 2 сорта, содержащая не менее 3% «пережога».