Силикатный кирпич. 2

 Аннотация

В данном курсовом проекте разработано  предприятие по производству силикатных стеновых материалов, производительностью 100 млн. усл. кирпича в год. Привиден расчет складов и бункеров, спроектирован состав силикатной смеси для получения кирпича заданной прочности. Рассчитано необходимое оборудование для производства кирпича пустотелого – пустотность 15% и кирпича сплошного.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………...4

1 Технологическая  часть………………………….........................................................6

1.1 Номенклатура  продукции.…………………………………....……………………6

1.2 Сырье...……………………………………...............................................................8

1.3 Выбор  и обоснование способа  технологической  схемы производства …………………...........………………….......................................................................10

1.4 Режим  работы и фонд рабочего времени……..………………………....…….....14

1.5 Расчет  производственной программы………………………………….......…….15

1.6 Расчет  и подбор оборудования………………………………………...…..….......19

1.7 Расчет  складов и бункеров…………………………………………...…….....…...23

1.8 Контроль  качества продукции и технологического  процесса……………………………………………........………...................................27

1.9 Расчет состава рабочих…………………………………….……………….…..…34

2 Охрана  труда и окружающей среды…………………………………...…….…......37

Список  используемых источников……………………………………...……....……40

Введение

Силикатный  кирпич - это экологически чистый строительный материал. Его составляющие компоненты: известь, песок, вода. Он очень широко используется в развитых странах  из-за своих характеристик: прочность, точность по геометрическим размерам, эстетический внешний вид, небольшая стоимость и простота в использовании, что делает его наиболее доступным на рынке строительных материалов. Применяется для кладки несущих и ненесущих стен, их облицовки, и облицовки стен из других материалов, а также для реконструкции жилых и общественных зданий. Здания построенные из силикатного кирпича служат десятилетиями, примеры его применения можно видеть в повседневной жизни.

Производство  силикатного кирпича не имеет  ничего общего с производством керамического  кирпича. Единственное, что их объединяет, так это форма и, отчасти, назначение.

Свою  историю этот строительный материал начинает с XIX века. В 1880 году было установлено, что при автоклавной обработке (автоклав — аппарат в виде герметически закрывающегося сосуда или камеры, используемый для обработки чего-либо при помощи нагревания под давлением  выше атмосферного) известково-песчаных смесей могут быть получены очень  прочные, водостойкие и долговечные  изделия. Под действием высокого давления известково-песчаная смесь  из легкоразмокающего и малопрочного материала превращается в прочный и водостойкий камень. Из смеси прессуется кирпич-сырец. Окончательную прочность силикатный кирпич приобретает в упомянутом выше автоклаве, в котором известь вступает в реакцию с кварцсодержащим песком и образует силикатное соединение. Силикатный кирпич состоит примерно из 85-90% песка, 10% извести и небольшой доли добавок. Молотую негашеную известь целесообразно применять для изделий, изготовленных на бетонной смеси. В таких изделиях гашение молотой извести не вызывает образования трещин. Для силикатных кирпичей с прочностью до 10-15 МПа применяется песок в немолотом виде с дозированием извести (6—10%). В настоящее время широко используются различные добавки-красители, придающие силикатному кирпичу широкую гамму цветов и оттенков, а также добавки-модификаторы, придающие силикатному кирпичу повышенную прочность, морозоустойчивость и др.

Производство  силикатного кирпича осуществляется двумя способами: барабанным и силосным, которые отличаются друг от друга приготовлением известково-песчаной смеси:

- при  барабанном способе песок и  тонкомолотая негашеная известь  поступают в отдельные бункера  над гасильным барабаном. Песок,  дозируемый по объему, а известь  - по массе, периодически загружаются  из бункеров в гасильный барабан.  Этот барабан герметически закрывается,  после чего в течение 3-5 минут  производится перемешивание сухих  материалов. Следующий этап - гашение  извести при непрерывно вращающемся  барабане. Происходит это при подаче острого пара под давлением 0,15—0,2 МПа. Процесс гашения извести длится до 40 мин.

- силосный  способ заключается в предварительном  перемешивании и увлажнении массы,  после чего эта масса направляется  для гашения в силосы.

Главным недостатком силикатного  кирпича является высокий уровень  водопоглощения, в следствие которого снижаются теплоизоляционные характеристики и морозостойкость. Из-за чувствительности к влаге силикатный кирпич категорически противопоказан для строительства фундаментов и цоколей, стен, соприкасающихся с влажными помещениями (без устройства сплошной гидроизоляции). Как следствие, теплоизоляционные характеристики материала (и так оставляющие желать лучшего) на практике становятся непредсказуемыми. 

Ещё один минус силикатного кирпича  — низкая термическая устойчивость. При нагреве до 200ºС его прочность повышается, но при дальнейшем росте температуры процесс идёт в обратном направлении, приводя к распаду материала в районе 600-градусной отметки. Соответственно, кладка печей, каминов, дымоходных труб — тоже не про силикат.

1 Технологическая часть 

1.1 Номенклатура продукции

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

Планируемая мощность завода 100 млн. штук условного кирпича в год. Из них кирпич пустотелый (пустотность 15%) 75%, кирпич сплошной 25%, марки по прочности соответственно100 и 175.

Кирпичи сплошной и пустотелый изготовляют в форме прямоугольного параллелепипеда размерами, указанными в таблице 1.

Таблица 1 – Номенклатура выпускаемого кирпича

Размеры, форма и расположение отверстий в изделии, а также пустотность изделия показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 - Одинарный кирпич сплошной (слева), кирпич пустотелый 15% (справа)

Внешний вид:

1 Поверхность граней изделия должна быть плоской, ребра прямолинейными;

Допускается выпускать лицевые изделия с закругленными вертикальными ребрами радиусом  не более 6 мм;

2 На рядовом изделии не допускаются дефекты внешнего 
вида, размеры и  количество которых превышают указанные в 
таблице 2;

3     Отбитости и притупленности углов и ребер, шероховатости, трещины и другие повреждения на лицевых поверхностях лицевых  изделий не допускаются;

4 В рядовом изделии не допускается наличие в изломе или 
на поверхности глины, песка, извести и посторонних включений 
размером свыше 5 мм в количестве более 3;

5 Количество половняка в партии должно быть не более 5% 
для рядовых изделий.

Марка по прочности.

Марку камня по прочности устанавливают по пределу прочности при сжатии, а кирпича – по значению пределов прочности при сжатии и изгибе, указанных в таблице 3.

Таблица 3 – Марка по прочности

Принимаем марку пустотелого кирпича  М100. Рассчитаем марку сплошного  киприча кг/:

Принимаем марку сплошного кирпича  равной М175.

Маркировка изготавливаемых изделий:

Кирпич силикатный сплошной одинарный  рядовой марки по прочности 175, марки  по морозостойкости 25:

Кирпич  СОР-100/25 ГОСТ 379-95

Кирпич  силикатный пустотелый одинарный рядовой  марки по прочности 100, марки по морозостойкости 25:

Кирпич  СОР-175/25 ГОСТ 379-95

1.2 Сырье

Основным  компонентом силикатного кирпича (85 – 90% по массе) является песок, поэтому заводы силикатного кирпича размещают, как правило, вблизи месторождений песка, и песчаные карьеры являются частью предприятий. Состав и свойства песка определяют во многом характер и особенности технологии силикатного кирпича. Песок – это рыхлое скопление зерен различного минерального состава размером 0,1 – 5 мм. По происхождению пески разделяют на две группы.– природные и искусственные. Последние, в свою очередь, разделяют на отходы при дроблении горных пород (хвосты от обогащения руд, высевки щебеночных карьеров и т. п.), дробленые отходы от сжигания топлива (песок из топливных шлаков), дробленые отходы металлургии (пески из доменных и ватержакетных шлаков). По назначению их можно подразделять на пески для бетонных и железобетонных изделий, кладочных и штукатурных растворов, силикатного кирпича.

     Форма и характер поверхности зерен песка.

Эти факторы  имеют большое значение для формуемости силикатной смеси и прочности сырца, а также влияют на скорость реакции с известью, начинающейся во время автоклавной обработки на поверхности песчинок. По данным В. П. Батурина, И. А. Преображенского и Твенхофелла, форма зерен песка может быть окатанной (близкой к шарообразной).; полуокатанной (более волнистые очертания); полуугловатой (неправильные очертания, острые ребра и углы притуплены); угловатой (острые ребра и углы). Поверхность песчинок может быть гладкой, корродированной и регенерированной. Последняя получается при нарастании на песчинках однородного материала, например кварца на кварцевых зернах.

     Гранулометрия песков.

В производстве силикатного кирпича гранулометрия песков играет важную роль, так как она в решающей степени определяет формуемость сырца из силикатных смесей. Наилучшей гранулометрией песка является та, средние зёрна размещаются между крупными, а мелкие – между средними и крупными зёрнами. Большинство исследователей к пескам относят зёрна размером 0,05 – 2 мм. В.В. Охотин выделяет при этом две фракции: песчаные – 0,25 – 2 мм и мелкопесчаные – 0,05 – 0,25 мм. П.И. Фадеев разделяет песок по размеру зёрен на пять групп: грубые (1 – 2 мм), крупные (0,5 – 1 мм), средние (0,25 – 0,5 мм), мелкие (0,1 – 0,25 мм) и очень мелкие (0,05 – 0,1 мм).

При смешении одинаковых по массе трёх фракций  песка (крупного, среднего и мелкого) с соотношением размеров их зёрен 4:2:1 получают смесь с высокой пористостью; при соотношении 16:4:1 пористость значительно уменьшается, при соотношении 64:8:1 – уменьшается ещё более сильно, при соотношении 16² :16:1 достигается наиболее плотная их упаковка.

Установлено, что оптимальная упаковка зёрен  силикатной смеси (с учётом наличия в ней тонкодисперсных зёрен вяжущего) находится в пределах соотношений от 9:3:1 до 16:4:1.

     Пористость песков.

Пористость  рыхло насыпанных окатанных песков возрастает по мере уменьшения диаметра их фракций, а в уплотненном виде она одинакова для всех фракций, за исключением мелкой. Пористость остроугольных песков возрастает по мере уменьшения их размеров, как в рыхлом, так и в уплотненном состоянии (табл. 4).

Таблица                                                    

Из табл. 5 следует, что с уменьшением крупности  песков их пористость

возрастает  довольно значительно. Таким образом, в большинстве случаев мелкие

пески (за исключением хорошо окатанных) обладают повышенной пористостью как в

рыхлом, так и в уплотненном состоянии, в связи с чем при их использовании в

производстве силикатного кирпича расходуют больше вяжущего.

     Влажность.

В грунтах  содержится вода в виде пара, гигроскопическая, пленочная,

капиллярная, в твердом состоянии, кристаллизационная и химически связанная.

Способность грунта удерживать в себе воду за счет молекулярных сил сцепления

называют  молекулярной влагоемкостью, а влажность, соответствующую

максимальному смачиванию, – максимальной молекулярной влагоемкостью.

Последняя возрастает по мере уменьшения размера фракций песка, что видно из

табл. 6.

                                                        Таблица 6.

Влажность песка в значительной мере влияет на его объем, что необходимо

учитывать при перевозке песка в железнодорожных  вагонах или баржах, а также  при

намыве его на карты. Наибольший объём пески занимают при влажности примерно 5%.

Для каждой группы природного песка  полный остаток на сите с сеткой № 063 и модуль крупности М_к должны соответствовать значениям, указанным в таблице 5.

Таблица 5 – Группы крупности песков

Причем, если при определении группы песка по крупности он не отвечает одновременно обоим требованиям  таблицы 6, то решающей является величина модуля крупности этого компонента.

От качества песка в значительной степени зависит качество силикатного  кирпича. Одним из важных показателем  является зерновой состав песка. Наиболее эффективен кварцевый песок неоднородный по гранулометрическому составу  с наличием зерен с острыми  гранями и шероховатой поверхностью. В этом случае происходит более компактная укладка сырьевой смеси в процессе прессования за счет равномерного распределения  крупных мелких зерен песка между  собой, а также более полное связывание кварца с известью в процессе тепловлажностной обработки.

По зерновому составу песок  должен удовлетворять требованиям  таблицы 6. (ОСТ 21-1-72)

Таблица 6 – Зерновой состав песка /4/

При использовании однородных по гранулометрическому  составу песков, а также содержащих зерна окатанной формы, требуется  большое количество извести при  формовании, а сырец и готовый  силикатный кирпич, как правило, имеют  более низкую прочность.

Зерен крупнее 5 мм не должно быть более 5% по весу.

Существенное влияние на качество цветного силикатного кирпича оказывают  примеси песка. Вредные примеси  – комковатые глинистые включения  – затрудняют подготовку и переработку  силикатной массы, снижают прочность  и 

морозостойкость кирпича, повышают его  водопоглощение. Поэтому при изготовлении цветного силикатного кирпича, к которому предъявляются более высокие требования по прочности и морозостойкости, силикатные заводы должны уделить особое внимание вопросам переработки силикатной массы, содержащей глинистые включения.

В кварцевых песках однородного  состава при равномерном распределении  и допустимом содержании глина оказывает  положительное влияние на формовочную  способность смеси, сырцовую прочность  кирпича и качество готовой продукции.

Содержание в песке пылевидных, илистых и глинистых частиц размером менее 0,05 мм должно быть не более 10%, в том числе глинистых частиц размером менее 0,005 мм – не более 2%; содержание слюды – не более 0,5%.

Содержание в песке сернистых  и сернокислых примесей в пересчете  на SO₃ должно быть не более 2%, а щелочей (в пересчете на Na₂О) не более 3,6% /4/.

Известь должна характеризоваться  быстрым гашением и не должна содержать  более 5% MgO. Пережог замедляет скорость гашения извести и даже вызывает появление в изделиях трещин, вспучиваний и других де.фектов, поэтому для производства автоклавных силикатных изделий известь не должна содержать пережога. 

1.3 Выбор и обоснование способа  и технологической схемы производства

Силикатный известково-песчаный кирпич по своей форме, размерам и основному  назначению не отличается от глиняного  кирпича.  Кирпич изготовляют из известково-песчаной смеси следующего состава: 92—95% чистого кварцевого песка, 5—8е; воздушной извести и примерно 7% воды.

Обожженная известь пластинчатым конвейером с металлическим настилом непрерывно подается в щековую дробилку для предварительного грубого помола и далее молотковую дробилку. Известь из бункера и песок из бункера (около 10% от веса поступающей извести) поступает в гомогенизатор, где происходит частичное гашение извести за счет естественной влажности песка.

Кварцевый песок из карьера в  вагонетках электровозом транспортируется в бункер, откуда питателем-дозатором  и ленточным конвейером направляется на грохот. После рассева необходимая фракция песка поступает в бункер. Песок из бункера ленточным конвейером и молотая известь (с добавкой песка) из бункера  винтовым конвейером непрерывно подаются в двухвальный смеситель, где тщательно перемешиваются, увлажняются и обрабатываются горячим паром. Подготовленная известково-песчаная смесь ленточным конвейером распределяется по силосам.

После вылеживания и усреднения известково-песчаная смесь поступает  на грохот, где верхний класс удаляется, а нижний направляется в двухвальный смеситель для дополнительного перемешивания, а затем в бункер пресса. Прессуют кирпич на механических прессах под давлением до 150—200 кГ/см2. Такое высокое давление обеспечивает получение плотного и прочного кирпича. Отформованный сырец укладывают на вагонетку, которую направляют в автоклав для твердения.

Свежеотформованный кирпич при  помощи автомата-укладчика укладывается в определенном порядке на запарочные вагонетки. Чаще всего используются прессы с неподвижным столом. Автоматический укладчик раскладывает кирпичи в ряды на подвижную ленту.

Профиль укладки на вагонетке соответствует  сечению автоклава. Запарочные вагонетки  с кирпичом-сырцом подаются по рельсовым  путям в автоклавы. В последние они поочередно заталкиваются толкателем.

Температуру сырца в период загрузки в автоклав можно принять 40°С. Температура стенок автоклава выше, чем температура сырца, в связи с этим тепло передается наружным поверхностям кладки сырца на вагонетках и часть воды из него испаряется, повышая относительную влажность воздуха в автоклава, если одна из его крышек закрыта.

При впуске насыщенного пара он омывает  сырец, вагонетки и стенки автоклава  и смешивается с находящимся  там воздухом. Вначале происходит только интенсивный прогрев сырца  благодаря большой разности температур между ним и паром. Давление же сохраняется на уровне атмосферного до тех по, пока средняя температура в нем не достигнет 100°С. Этот период является пропариванием сырца без давления.

После выравнивания температур условия  твердения во всех зонах становятся одинаковыми.  В этот период происходит пропаривание кирпича под давлением  до 12 атмосфер и температуре 180-210 Сº, образуются гидросиликаты кальция, отличающихся высокой прочностью:

nCaO + SiO₂+ Н₂О    ^{t=180-210 Сº, P=8-12 атм} nCaO · SiO₂· Н₂О (3)

Как только давление начинает снижаться, тотчас же находящаяся в порах  кирпича вода становится перегретой по отношению к теоретической  температуре жидкости и бурно  вскипает. Цикл запаривания длится 8,7 часов.

Режим работы автоклава:

1,5 час – подъём пара,

5-6 час – выдержка,

1-1,5 час – спуск пара.

По окончании тепловлажностной обработки крышки автоклава открываются и при очередном проталкивании вагонеток с противоположной стороны выталкиваются вагонетки с кирпичом, прошедшим автоклавную обработку. На складе готовой продукции для разгрузки используют мостовые краны с грейферными захватами.

Рисунок 2- Технологическая схема производства

1.4 Режим работы и фонд рабочего  времени

Режим работы следует принимать  в соответствии с нормами технологического проектирования и технологическими регламентами.

Таблица 7- Режим работы