Промышленность строительных материалов

Содержание

  1. Вводная часть……………………………………………………………………3
  2. Номенклатура продукции……………………………………………………….5
  3. Технологическая часть…………………………………………………………12
    1. Сырье и топливо…………………………………………………………...12
    2. Состав сырьевой массы……………………………………………….…..15
    3. Выбор способа и технологической схемы производства……………….17
    4.   Описание схемы технологического процесса производства…………...20
    5.   Физико-химические основы производства………………………………25
    6.   Материальный баланс цеха……………………………………………….28
    7.   Режим работы……………………………………………………………...31
    8.   Производственная программа…………………………………………….33
    9.   Выбор и расчет основного технологического и транспортного оборудования………………………………………………………………..34

     3.10. Контроль производства…………………………………………………...38

4. Охрана труда……………………………………………………………………..40

5. Библиографический  список……………………………………………………..45 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Вводная  часть

     Перед промышленностью строительных материалов стоят задачи значительного увеличения объема производства высокоэффективных строительных изделий, в том числе сборных легкобетонных, крупноблочных, панельных и объемных конструкций, применение которых в строительстве дает большой экономический эффект. В решении таких задач основную роль играют заводы по производству искусственных пористых заполнителей.

      В настоящее время промышленностью освоено производство ряда искусственных пористых заполнителей. К ним относится: керамзитовый гравий, щебень и песок; аглопоритовые гравий, щебень и песок; щебень и песок из пористого металлургического шлака (шлаковая пемза); песок и щебень перлитовые вспученные; шунгизитовый гравий; глинозольный керамзит; гравий и щебень из кремнистых пород.

     На основе этих заполнителей  получены легкие бетоны: теплоизоляционные  (перлитобетон и керамзитобетон из легких разновидностей керамзита); конструкционно-теплоизоляционные (перлитобетон, керамзитобетон, легкие бетоны на основе шунгизита, глинозольного керамзита, вспученных кремнистых пород). Из бетонов на перечисленных заполнителях можно изготовить практически всю номенклатуру строительных конструкций, выпускаемых нашей промышленностью.

     В настоящее время в нашей стране действует большое количество предприятий по производству искусственных пористых заполнителей. Основную массу искусственных пористых заполнителей используют в производстве изделий для ограждающих конструкций. В то же время достаточно эффективно их применение в несущих конструкциях (взамен природного щебня и гравия) и для изготовления высокопрочных бетонов.

    Применение легких бетонов на основе искусственно пористых заполнителей для ограждающих и несущих конструкций, например жилых зданий, приводит к значительному снижению трудозатрат, расхода бетона, цемента, арматурной стали, сметной стоимости строительства, удельных капитальных вложений, транспортных расходов, уменьшению массы зданий.

     Представляется целесообразным  развивать в металлургических  районах производство щебня и  песка из шлаковой пемзы; в  районах месторождений высоко  вспучивающихся глинистых, а также  шунгизитосодержащих пород –  легких марок керамзитового гравия, щебня и песка или шунгизитового  гравия и песка; вблизи теплоэлектростанций,  углеобогатительных фабрик, а также в районах месторождений камнеподобных глинистых пород (глинистых сланцев) – керамзитового щебня и песка; при наличии месторождений кремнистых пород – термолитовых гравия и щебня. В местах месторождений вулканических водосодержащих горных пород, а также гидратированных слюд с учетом целесообразного радиуса их перевозки рекомендуется производить вспученный перлит и вермикулит.

     Кроме того, в отдельных случаях может быть организовано производство, например, безобжигового зольного гравия, гравия на основе глиноперлитовых смесей и т. д. При наличии в районе нескольких видов сырья или отходов промышленности решению вопроса организации производства заполнителей должен предшествовать технико-экономический анализ.

    Заполнители – природные или  искусственные материалы определенного  зернового состава, которые в  рационально составленной смеси  с вяжущим веществом и водой  образуют бетон. Стоимость заполнителей  достигает 30…50% стоимости бетонных  и железобетонных конструкций,  а иногда и более. [1,2]

   Заполнители занимают в бетоне  до 80% объема и следовательно, позволяют резко сократить расход цемента или других вяжущих, являющихся наиболее дорогой и дефицитной составной частью бетона.

    Цементный камень при твердении  претерпевает объемные деформации. Усадка его достигает 2мм/м.

     Из-за неравномерности усадочных  деформаций возникают внутренние напряжения и трещины.

 Мелкие  трещины могут быть невидимы  невооруженным глазом, но они  резко снижают прочность и  долговечность цементного камня.  Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает усадочные напряжения и уменьшают усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня. [1]

    Жесткий скелет из высокопрочного  заполнителя увеличивает прочность  и модуль упругости бетона (т.е.  уменьшает деформации конструкций  под нагрузкой), уменьшает ползучесть (т.е. пластические необратимые  деформации бетона при длительном  действии нагрузки).

    Легкие пористые заполнители  уменьшают плотность бетона и  его теплопроводность, делают возможным  применение такого бетона в  ограждающих конструкциях для  теплоизоляции.

    Специальные особо тяжелые и  гидратные заполнители делают  бетон надежной защитой от  проникающей радиации (на атомных  электростанциях и т.п.)

    Итак, заполнители являются очень  важной составной частью бетонов,  влияют на их свойства и  технико-экономическую эффективность.

     В настоящее время промышленностью  освоено производство ряда искусственных  пористых заполнителей. К ним  относятся: керамзитовые гравий, щебень и песок; аглопоритовые щебень и песок из пористого металлургического шлака (шлаковая пемза); песок и щебень перлитовые вспученные; шунгизитовый гравий; глинозольный керамзит; гравий или щебень из кремнистых пород.

     Основную массу искусственных  пористых заполнителей в настоящее  время используют в производстве  изделий для ограждающих конструкций.  В то же время достаточно  эффективно их применение в  несущих конструкциях (взамен природного  щебня и гравия) и для изготовления  высокопрочных бетонов.[2]

2.Номенклатура  продукции

    Все заполнители подразделяют  на природные, искусственные и заполнители из отходов промышленности.

    Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (трепелов, диатомитов и др.)[1]

    Трепелы – вулканическая порода, образовавшиеся в результате вспучивания и застывания магмы при вулканических извержениях. Резкий спад давления при выходе магмы привел к выделению растворенных в магме газов в виде пузырьков. Одновременное охлаждение расплава привело к увеличению вязкости магмы, и она

застыла в виде пористой породы губчатого  или волокнистого строения.

    Трепелы    применяются     для      производства      заполнителей     для      легких

конструкционных, конструкционно-теплоизоляционных  и теплоизоляционных бетонов. [1,2].

     Вулканические туфы – это   мелкопористые породы, образовавшиеся из вулканического    пепла    с различной степенью уплотнения и спекания. Туфы используются для производства стеновых камней и крупных блоков, а после дробления и сортировки дают щебень с насыпной плотностью 600 ... 800 кг/м3 и песок — 700... 1000 кг/м3, пригодные для легких бетонов.

    Опоки – вулканические породы. Они отличаются от обычных мелкопористых известняков ноздреватой крупнопористой структурой. Плотность таких пород составляет 1000 – 1600 кг/м3 при пределе прочности 0,5 – 10 МПа. [1,2].

     Известняки-ракушечники – представляют собой осадочные породы в виде скопления мелких раковин, сцементированных известняковыми отложениями. Они отличаются от обычных мелкопористых известняков ноздреватой крупнопористой структурой. Плотность    известняков-ракушечников    составляет в основном   1000 ... 1600 кг/м3 при пределе прочности 0,5 ... 10 МПа. [1,2].

     Заполнители из отходов промышленности. Значительным резервом в обеспечении строительства заполнителями для бетонов являются отходы различных отраслей промышленности, которые в настоящее время еще используются далеко не полностью.

      В ходе разработки месторождений полезных ископаемых часто приходится попутно разрабатывать различные каменные породы, чтобы открыть доступ к полезному ископаемому. Особенно велики объемы вскрышных работ при открытой разработке месторождений. Часто объем полезного ископаемого составляет 10 ... 15%, а объем вскрышной породы — до 90%, причем нередко попутно добываемые породы, являющиеся по существу также полезными ископаемыми, вывозятся в отвал.

       Среди пород, попутно добываемых при разработке месторождений различных полезных ископаемых, многие можно применять не в качестве заполнителей непосредственно, а в качестве сырья для их производства. Так, на нескольких заводах в качестве сырья для производства керамзита используется глина вскрышных пород. В Белгородском технологическом институте строительных материалов доказана эффективность использования для получения керамзита попутно добываемых метаморфических глинистых сланцев Курской магнитной аномалии. Подобных примеров немало. [6]

          Металлургические доменные шлаки. Металлургическая промышленность ежегодно дает около 50 млн. т шлаков, а в отвалах их скопилось около 500 млн. т. Это главным образом доменные шлаки, а также мартеновские, ваграночные и др. Так, при выплавке чугуна на каждую тонну основной продукции получают 0,5 ... 1 т шлака. Если оценить выход не по массе, а по объему, то шлака получается в 2...3 раза больше, чем чугуна. Поэтому называть шлаки отходами можно лишь условно. В сущности это не отходы, а тоже ценный, попутно добытый продукт.

        Химический состав металлургических шлаков разнообразен. Доменные шлаки состоят в основном из следующих оксидов: 30 ... 50% СаО, 30 ... 40% Si02, 10 ... 30% А1203, а также содержат примеси железа, магния, марганца, серы.

       Топливные шлаки. После сжигания каменного угля, антрацита, бурого угля и других видов топлива остаются шлаки. Они представляют собой спекшиеся минеральные включения, всегда содержащиеся в ископаемых углях в виде примесей и сопутствующих пород.

          Различают шлаки от сжигания кускового топлива и шлаки, получаемые при сжигании измельченного, пылевидного топлива.

       Шлаки от сжигания кускового топлива. При слоевом сжигании кускового топлива на колосниковых решетках топок образуется шлак в виде кусков неправильной формы, ноздреватого строения, черного, темно-бурого и серого цвета, различной крупности, преимущественно до 50 мм. Выход шлаков составляет около 10% массы сжигаемого топлива, а иногда и более. В ряде мест топливные шлаки скапливаются в достаточных для использования объемах. [6]

      Шлаки от сжигания пылевидного топлива. Уголь в топках тепловых электростанций сжигается в пылевидном состоянии. При этом наряду с золой образуется кусковой шлак (5 ... 20% общего выхода отходов). Годовой выход шлаков тепловых электростанций Минэнерго СССР составляет около 6 млн. т.

       Шлаки от сжигания пылевидного угля резко отличаются от шлаков кускового сжигания. Они представляют собой продукт спекания и оплавления наиболее легкоплавкой части золы. В большинстве случаев имеют малопористую стекловидную структуру с плотностью зерен более 1,6 г/см3. При сжигании бурых и смешанных каменных углей образуются пористые шлаки ячеистой структуры с плотностью зерен 0,5... 1,5 г/см3.

       Золы и золошлаковые смеси. Ежегодно тепловые электростанции, работающие на угле, сланце или торфе, дают около 70 млн. т золы. Используется она пока мало. На содержание отвалов тратится не менее 150 млн. руб. в год. Кроме того, под отвалы приходится отводить значительные площади ценных земельных угодий — 300 ... 1500 га возле каждой крупной теплоэлектростанции.

      Зола представляет собой дисперсный материал, в котором размер частиц в основном менее 0,16 мм. Остаток на сите 0,16 мм составляет 20 ... 40%. Частицы имеют пористую структуру. Насыпная плотность сухой золы в зависимости от вида топлива и условий его сжигания может составлять 600 ... 1300 кг/м3. [6]

      Древесные отходы. Одним из таких бетонов является арболит, в котором Заполнителем служат измельченные отходы древесины (дробленка). Дробленка состоит из частиц длиной до 40 мм, шириной и толщиной 2 ... 5 мм. Бетон на этом заполнителе и портландцементе при плотности 600 ... 700 кг/м3 имеет предел прочности при сжатии 2,5 ... 3,5 МПа и теплопроводность до 0,18 Вт/(м-°С), что позволяет получать весьма эффективные стеновые панели и другие конструкции.

Применяют также опилкобетон, в котором  заполнителем служат древесные (хвойных пород) опилки, иногда в смеси с природным песком, костробетон (с льняной кострой) и другие аналогичные бетоны. [6]

   Искусственные пористые заполнители – являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки и др.)

    Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаждения расплава металлургических шлаков (не из отвальных), приводящего к вспучиванию. Имеется ряд способов производства шлаковой пемзы, но все они основаны на вспучивании шлакового расплава (температура 1300°С) при контакте с водой.

    Образующиеся при вскипании воды  пузырьки пара внедряются в  расплав, создавая ячеистую структуру. [1,2]. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы распространено в районах развитой металлургией. Здесь себестоимость шлака ниже, чем керамзита.

      Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород  (перлитов, обсидианов). При температуре 950 – 1200°С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме 10–20 раз. Вспученый перлит применяют для производства легких бетонов и теплоизоляционных изделий. [1,2]

    Вспученный вермикулит – пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Этот заполнитель используют для изготовления теплоизоляционных легких бетонов. [1,2]

    Зольный гравий – это искусственный пористый заполнитель округлой формы, получаемый грануляции подготовленного к производству золошлакового сырья с последующим обжигом гранул во вращающейся печи.

    Сырьем для производства зольного  гравия служат золы ТЭС, в  том числе и из отвалов после  их грануляции. [1,2]

     Топливные шлаки – пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических (в основном глинистых пород) примесей, содержащихся в угле. Шлаки подвергаются частичному дроблению, рассеву и обогащению для удаления вредных примесей (несгоревшего угля, золы и др.) на основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.

    Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья (с добавкой 8 – 10% топлива) на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые и лессовые породы, а также отходы промышленности – золы, топливные шлаки и углесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде аглопоритового

песка, щебня и гравия. [1,2]

     Шунгизит изготовляют вспучиванием при графитосодержащих сланцевых пород – шунгита. Шунгизитовый гравий получают по сухому способу и считают разновидностью керамзита, отличающейся видом сырья, и более низкими показателями прочности. [1,2]

     Термолит  – материал в виде щебня или гравия, получаемый при обжиге кремнистых опаловых пород (трепелы, диатомиты, опоки) без вспучивания. Технология производства термолита в основных чертах соответствует технологии производства керамзита по сухому, порошково-пластическому и пластическому способу. Насыпная плотность термолитового гравия или щебня составляет 600 – 1200 кг/м3, плотность зерен1,0 – 1,9 г/см3, пористость зерен 20 – 60%. [1,2]

Наряду  с происхождением (природные или  искусственные), основными признаками стандартизованной классификации  заполнителей для бетона являются: крупность зерен, характер формы зерен, плотность. Заполнители относят к плотным или пористым в зависимости от плотности их зерен, которая составляет соответственно свыше и до2,0 г/м3. Пористые заполнители, также как и плотные, делят на крупные (пористый гравий и щебень) с размером кусков 5 – 40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм.

     Пористый песок рассеивают на  две фракции: до 1,2 мм (мелкий песок)  и  1,2 – 5 мм (крупный песок). Пористый  щебень гравий следует разделять  на фракции: 5 – 10, 10 – 20, 20 – 40 мм.  [1,2]

    Классификационной характеристикой  заполнителя также может быть  его насыпная плотность, которая  для крупных пористых заполнителей  не должна превышать 1200 кг/м3, а для пористых песков -  1400 кг/м3. По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) пористые заполнители разделяют на марки 250…1100 [1,2]

    Сами же заполнители подразделяют  в соответствии с основным  назначением: для тяжелых, легких, мелкозернистых бетонов, для специальных  бетонов (жаростойких, химически стойких, декоративных, радиационно-теплоизоляционные и др.). [1]

     В данной курсовой работе рассматривается  технология производства искусственных  пористых заполнителей. Их получают  обжигом или тепловой обработкой в специальных агрегатах. Известно большое множество пористых заполнителей. Одним из самых распространенных является керамзит.

    Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300°С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.

    Гранулометрический  состав предусматриваются следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5—10, 10— 20 и 20—40 мм. В каждой фракции допускается до 5% более мелких и до 5% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться разделения керамзита на фракции в пределах установленных допусков.

    По  насыпной плотности керамзитовый гравий подразделяется на 10 марок: от 250 до 800, причем к марке 250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м3, к марке 300 — до 300 кг/м3 и т. д. Насыпную плотность определяют по фракциям в мерных сосудах. Чем крупнее фракция керамзитового гравия, тем, как правило, меньше насыпная плотность, поскольку крупные фракции содержат наиболее вспученные гранулы.

    Водопоглощение заполнителя выражается в процентах от веса сухого материала. Этот показатель для некоторых видов пористых заполнителей нормируется (например, в ГОСТ 9759—71). Однако более наглядное представление о структурных особенностях заполнителей дает показатель объемного водопоглощения.

    Между водопоглощением и прочностью зерен в ряде случаев существует тесная корреляционная связь. Чем больше водопоглощение, тем ниже прочность пористых заполнителей. В этом проявляется дефектность структуры материала. Например, для керамзитового гравия коэффициент корреляции составляет 0,46. Эта связь выявляется более отчетливо, чем связь прочности и объемной массы керамзита (коэффициент корреляции 0,29).

3.Технологическая  часть

3.1.Сырье  и топливо

      Керамзит    получают    главным образом в виде керамзитового гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется более плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти черный.

      Вспучивание глины при обжиге  связано с двумя процессами: газовыделением  и переходом глины в пиропластическое  состояние.

Источниками газовыделения являются реакции  восстановления оксидов железа при  их взаимодействии с органическими  примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глипы переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами. [1]

        Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Некоторые   камнеподобные   глинистые породы –

 глинистые  сланцы, аргиллиты — относятся  к метаморфическим.

    Глинистые породы отличаются сложностью минералогического  состава и, кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические принеси. Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.

    Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее  содержание SiO2 должно быть не более 70%, А12О3 — не менее 12% (желательно около 120%), Fe2O3 + FeO — до 10%, органических примесей -1-2%.

    Пригодность того или иного глинистого сырья  для производства керамзита устанавливают  специальным исследованием его  свойств. Важнейшее из требований к  сырью - вспучивание при обжиге.

    Вспучиваемость  характеризуется коэффициентом  вспучивания

    

    где VК — объем вспученной гранулы керамзита;

          Vc — объем сухой сырцовой гранулы  до обжига.

    Второе  требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) —  легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше 1250°С, и при этом переход значительной части наиболее мелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал. [1]

    Третье  из важнейших требований — необходимый  интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см3. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул.

    Для расширения температурного интервала  вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул.

      Этими и другими необходимыми качествами обладают далеко е все глинистые породы. На некоторых керамзитовых предприятиях страны с течением времени иссякли ресурсы местных вспучивающихся глин и приходится завозить сырье из отдаленных месторождений, что, естественно, увеличивает себестоимость керамзита. Отдельные предприятия работают на маловспучивающемся глинистом сырье, получая керамзит невысокого качества (сравнительно тяжелый) и при этом с высокой себестоимостью. [1]

    В ряде случаев природное глинистое  сырье может быть улучшено введением добавок. Например, коэффициент вспучивания можно повысить, добавив в глину примерно 1 % мазута, солярового масла или других органических веществ (если в глине мало органических примесей), железистые добавки, в частности отход производства серной кислоты из пирита — пиритные огарки (если в сырье мало оксидов железа). Подобные добавки также используют для снижения температуры вспучивания.

         Рациональное сжигание топлива при обжиге керамзита во вращающихся печах предусматривает: оптимальную длину, расположение и форму факела горения; сгорание топлива по всей длине факела; эффективную отдачу теплоты, развиваемой факелом, материалу и футеровке; нормальный избыток воздуха, подаваемого в печь.