Технология полнотелого лицевого кирпича методом гиперпрессования на ООО «Дагор»

                                                       РЕФЕРАТ

Отчет о курсовом проекте      с.,     ил.,    табл.,     источников, 1 прил. 

ГИПЕРПРЕССОВАНИЕ, КИРПИЧ-СЫРЕЦ, ПАРООБРАБОТКА, ПАРОГЕНЕРАТОР, ДОЛОМИТ, ЦЕМЕНТ, КИРПИЧ ЛИЦЕВОЙ  ПОЛНОТЕЛЫЙ, АВТОКЛАВ 

       Объектом  проектирования является производство лицевого кирпича методом гиперпрессования.

       Цель  проектирования: изучение технологии полнотелого лицевого кирпича методом гиперпрессования на ООО «Дагор». Производственная мощность рассматриваемого предприятия- 6 млн. штук условного кирпича в год.

       В текстовой части представлены материальные и тепловые расчеты, произведены  экономическая и экологическая  оценка проекта, приведено сравнение  методов гиперпрессования.

       В графической части представлены общий вид основного аппарата –парогенератора, цех производства кирпича, а также технологическая схема производства с автоматикой.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение

       Компания  ООО «Дагор» создана в апреле 2006 года. Основным видом деятельности предприятия является производство лицевого кирпича. В настоящее время завод производит лицевой кирпич по технологии гиперпрессование.

       Кирпич  изготавливается из цементно-минеральной  композиции при помощи сверх сильного сжатия. Основным преимуществом гиперпрессованного лицевого кирпича является:

       - высокая прочность М200;

       - морозостойкость (F50);

       - отличное сцепление с цементным  раствором;

       - широкая цветовая гамма;

       - широкая возможность механической  обработки кирпича.

       Кирпич, изготавливаемый заводом, применяется  при строительстве жилищных комплексов, административных сооружений, зданий коммерческих и не коммерческих организаций, торгово-развекательных комплексах и многих других. Ежегодно ООО «Дагор» увеличивает производство выпускаемой продукции на несколько тысяч штук.

       Несмотря  на высокий спрос на продукцию завода, на предприятии постоянно ведется работа по улучшению качества и ассортимента производства.

       ООО «Дагор» обладает большим потенциалом  и всеми возможностями для  развития. Завод состоит из одной  промышленной площадки, находится он в поселке «Новое Аракчино» Кировского района.

       Завод состоит из нескольких частей: цех  подготовительной линии, цех по производству кирпича, цех для складирования  сырья, кательная, административное здание. 
 
 

       1 Основное проектное  решение

       1.1 Выбор и обоснование  метода производства

       В проекте используется  схема производства изделий методом гиперпрессования, поскольку у используемого сырья достаточно низкая влажность, пластичность. Метод гиперпрессования из малопластичных масс сложился не так давно и не широко используется в керамической технологии. Способ гиперпрессования позволяет выпускать изделия очень высокой прочности разных цветов и 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 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 парообработки изделий  в разы ниже, чем, при обжиге, что позволяет также снизить энергозатраты. В то время как технология полусухого прессования требует более совершенной системы аспирации и использования более высокопроизводительных прессов. К тому же современная схема технологического процесса производства изделий стеновой керамики способом гиперпресования при влажности исходной массы в пределах 18-24% является наиболее рациональной. Цикл пресования занимает очень короткое время, что позволяет сократить затраты электроэнергии. Механическая переработка цемента позволяет разрушить ее структуру, разрыхлить куски глины, доведя ее до гомогенной массы, выделить, раздробить или измолоть находящиеся в ней крупные включения, в том числе и известковые, отсеять при необходимости крупные фракции[1].

       Цемент  для изготовления тонкостенных изделий необходимо подвергать более интенсивной обработке, причем интенсивность обработки должна возрастать по мере увеличения пустотности и размеров камня. Технологическая схема производства способом гиперпресования обеспечивает поточность и непрерывность, компактность и рациональность использования технологического оборудования, посильную, экономически оправданную, механизацию и автоматизацию производства. И как результат повышение производительности труда, снижение затрат на производство и улучшение качества продукции в сочетании с ростом её ликвидности (конкурентоспособности) на современном рынке стеновых строительных материалов, изделий и конструкций [1].

       Недостатком способа гиперпрессования является большая длительность технологического цикла за счет процесса парообработки, продолжающегося от 10 до 13 часов. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1.2 Выбор места строительства

       ООО «Дагор» находится в промышленной зоне Кировсого района г. Казани, реконструируемой части города. Место расположено на пересечении крупных железнодорожных и автомобильных магистралей, что в свою очередь обеспечивает бесперебойную поставку сырья на завод. Дороги выходят на Аракчинскую трассу и объездную Казанскую дорогу. Рынок лицевых кирпичей в РТ высоко сегментирован по производителям, что объясняется отсутствием явно выраженных лидеров в отрасли. Для РТ естественная рыночная ниша составляет 100 км от кирпичного завода. Таким образом, для ООО «Дагор» этой нишей является зона «Казань».

       Все это обуславливает хорошие перспективы  для развития завода, обеспечивает выпускаемой продукции предприятия  широкий региональный рынок, поскольку есть подъездные пути, ресурсы рабочей силы, потребность в строительстве и хорошая сырьевая база.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       2 Технологическая  часть                

       2.1 Технологические  основы процессов

Подготовка  сырья

       Первый  этап при изготовлении лицевых кирпичей – это подготовка сырья. Применение метода гиперпрессования предусматривает приготовление цементно-песчаной массы с содержанием влаги до 21%. Сырьем для изготовления кирпичей служит, как правило, цемент и доломит, с содержанием оксида кальция, алюминия, железа, магния. Также применяют различные добавки - пигменты. Количество добавок составляет примерно 30%. Куски цемента тщательно измельчаются до размеров 100-150 мм, а затем по окончанию загрузки ковша скипового подъемника отдозированные компоненты поднимаются к загрузочной воронке включенного бетоносмесителя и высыпаются в его чашку. В течение 1,5 минут производиться сухое перемешивание компонентов, затем вводиться вода в требуемом по предварительному расчету количестве. Количество влаги доводится до 18-25%. В смесителе цемента и доломита примешиваются необходимые добавки. И в завершение первого этапа прессами формуется брус, заготовка будущих кирпичей.

Формование  кирпича

       Формованием называется процесс придания массе  заданных форм и размеров, т. е. получения заготовки (полуфабриката) изделия. Структура заготовки в значительной мере определяет строение и свойства изделий после автоклава. При формовании стремятся максимально увеличить содержание твердой фазы, чтобы снизить усадки при парообработке. Пластичность предопределяет наличие специфических деформационных свойств — малой вязкости и достаточно высокого предела текучести.

       Показателем формовочных свойств масс является соотношение между внешним и  внутренним трением. Считают, что формование возможно, если внутреннее трение массы больше, чем трение о формующий орган машины. Для оценки формовочных свойств используют коэффициенты внутреннего трения и сцепления массы. Из уравнения Кулона-Мора следует, что сопротивлением массы сдвигу определяется коэффициентом внутреннего трения, сцеплением и действующим сжимающим напряжением :

            σ_пр= σf + С ,                                                                                              (2.1) 

где  σ_ПР – сопротивление массы сдвигу;

     f – коэффициент внутреннего трения;

     С – сцепление;

     σ – действующее сжимающее напряжение.

       Основные  свойства пластичной формовочной массы  зависят от минерального состава, формы  и размеров частиц твердой фазы, вида и количества временной технологической  связки, интенсивности образования гидратных слоев на поверхностях частиц. С увеличением содержания жидкой фазы коэффициент внутреннего трения растет, проходя через максимум. Другие показатели уменьшаются монотонно, но с разной интенсивностью. Это позволяет для каждой массы выбрать оптимальное значение формовочной влажности. Лучшие формовочные свойства имеет масса с максимально развитыми слоями физически связанной воды при минимальном содержании свободной воды в системе [2].

       Возрастание дисперсности твердой фазы увеличивает количество контактов между частицами в единице объема и прочность. Одновременно растут оптимальная формовочная влажность, предел текучести, вязкость, модули деформации, коэффициент внутреннего трения и связность массы, повышается пластичность.

       Пластическое формование осуществляют изготовление кирпича производиться за три хода матрицы формующей установки. Механические напряжения не превышают 1–30 МПа, масса содержит 30-60% жидкости по объему. Заготовка сохраняет форму благодаря наличию предела текучести. Важнейшей задачей при пластическом формовании является подбор оптимальной формовочной влажности. Для оценки формовочной влажности W_Ф по П.А. Ребиндеру используют зависимость пластической прочности структуры Р_m, от влажности W_абс

Рисунок 2.1 - Зависимость пластической прочности структуры от влажности:

f – коэффициент внутреннего трения; Е₁ и Е₂ – модули быстрой и замедленной обратимой деформации; С – сцепление; η – вязкость. 

       На  последней стадии включается в работу горизонтальный цилиндр и матрица с отпрессованными двумя кирпичами перемещается в третье положение (разгрузка), где происходит выталкивание кирпича из матрицы. Затем матрица вращается в    исходное положение под загрузку, а отформованные кирпичи вручную снимаются со стола. Далее цикл повторяется [2].

Тепловая  обработка

       Режим работы автоклава:

       - подъём пара,

       - выдержка,

       - 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.

       Третья  стадия начинается с момента прекращения  доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в  автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича.

       В первой стадии запаривания насыщенный пар с температурой 175^оС под давлением 1,2 атм. впускают в автоклав с сырцом. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. После подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и превращается в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидроксида кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

       Роль  пара при запаривании сводится только к сохранению воды в сырце в  условиях высоких температур. При  отсутствии пара происходило бы немедленное испарение воды, а, следовательно, высыхание материала и полное прекращение реакции образования цементирующего вещества – гидросиликата.  
С того момента, как в автоклаве будет достигнута наивысшая температура, т. е. 50 - 600⁰С, наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические и физические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидроксида кальция Са(ОН)₂, непосредственно соприкасающимся с кремнеземом SiO₂ песка. 
Наличие водной среды и высокой температуры вызывает на поверхности песчинок некоторое растворение кремнезема, образовавшийся раствор вступает в химическую реакцию с образовавшимся в течение первой стадии запаривания водным раствором гидрата окиси кальция и в результате получаются новые вещества – гидросиликаты кальция.

         Сначала гидросиликаты находятся в коллоидальном (желеобразном) состоянии, но постепенно выкристаллизовываются и, превращаясь в твердые кристаллы, сращивают песчинки между собой. Кроме того, из насыщенного водного раствора гидрат окиси кальция также выпадает в виде кристаллов и своим процессом кристаллизации участвует в сращивании песчинок.  
Таким образом, во второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция и перекристаллизация их и гидрата окиси кальция вызывают постепенное твердение кирпича-сырца.

       Третья  стадия запаривания протекает с  момента прекращения доступа  пара в автоклав, т. е. начинается падение  температуры в автоклаве, быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, т. е. вода испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидроксида и кальция и снижением температуры цементирующего вещества силикаты кальция становятся более основными, и это продолжается до тех пор, пока кирпич не будет выгружен из автоклава. В результате усиливается твердение гидроксидов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича. Одновременно пленки цементирующего вещества сильней обогащаются выпадающим из раствора гидроксидом кальция.  

       2.2 Характеристика сырья  и готовой продукции

Характеристика  сырья

       В данном курсовом проекте в качестве основного компонента используется цемент. Данный цемент является малопластичной, относится к группе среднедисперсного сырья. Химический состав цемента представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Химический состав цемента

       Карьерная влажность сырья 1,4%;

       Число пластичности – 3-5;

       Воздушно-линейная усадка –1,2%;

       Общая линейная усадка –1,6%;

       Объемная насыпная плотность – 1800кг/см².

       В качестве корректирующей добавки  используют доломит и пигменты.

         Доломит увеличивает прочность  сырца и полуфабриката после гиперпресовки, армируя массу  своими волокнами, улучшают влагоотдачу и уменьшают воздушную усадку, уменьшает пористость увеличивают  массу кирпича, увеличивает тепло- и звукоизоляционные свойства и, естественно, несколько увеличивают  прочность готовых изделий.

       Рецепт  шихты и поставщики компонентов представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2 – Поставщики компонентов и  рецепт шихты

Характеристика  готовой продукции

       Продукция, изготавливаемая на ООО «Дагор» представлена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Характеристика продукции ООО  «Дагор»

3. Операционное  описание технологического процесса

Прием складирования сырьевых материалов

       Цемент  доставляется автоцементовозами или  ж/д вагонами в расфасованном  виде, упакованным в бумажную мешкотару  по 50 кг.  Цемент складируется в специальном  помещении (поз. 9), расположенном в едином блоке с камерами тепловой обработки. Штабель из мешков цемента набирается автопогрузчиком , высота подъема вилочного захвата которого составляет 3,3 м. Площади производственного здания позволяют разместить 50 т цемента (т.е. объем поставки ж/д вагона).

       Отсев от дробления доломитового камня доставляются автосамосвалами и складируют в зоне производственного здания (поз. 1). При высоте штабеля 1,5 м объем хранения технологического запаса заполнителя составляет 5 дней, т. е. одну рабочую неделю.

       Пигменты  привозятся также автотранспортом и хранится на складе (поз.10) в заводской упаковке. Объем хранения пигментов определяется Заказчиком в зависимости от заказов на цветные изделия.

Подача  компонентов формовочной смеси и их дозирование

       Из  штабеля отсевы загружаются ковшовым автопогрузчиком в приемный бункер (поз.2). Приемный бункер оборудован навесным вибратором для исключения зависания материала и шибером, перекрывающим выпускное окно. Для регулирования потока материала, истекающего из бункера, предусмотрена течка с регулируемой заслонкой. Из бункера самотеком отсевы поступают на ленточный конвейер (поз.3) и далее на однороторную молотковую дробилку (поз. 4). В дробилке происходит измельчение крупных фракций, после чего вся масса отсева посредством ленточного трансопортера подается на грохот (поз. 5).

       На  грохоте фракция более 5 мм отсевается, а затем возвращается на дробилку (поз. 4), а более мелкая фракция (прошедшая через сито) поступает на ленточный конвейер (поз. 6) далее на элеватор (поз. 7) и в расходный бункер (поз. 8) вместимостью. Из расходного бункера отсев по мере необходимости подается в ковш скипового подъемника (поз. 11). Цемент в упаковке доставляется ручной гидравлической тележкой к ковшу скипового подъемника (поз. 11).

       В случае изготовления цветного кирпича  пигмент мерной емкостью загружается также в ковш скипового подъемника (поз. 11). Вода для затворения формовочной смеси по сети оборотного водоснабжения подается из расходной емкости (поз.12) оборотного водоснабжения.

Приготовление формовочной смеси

       По  окончанию загрузки ковша скипового подъемника (поз. 11) отдозированные компоненты поднимаются к загрузочной воронке включенного бетоносмесителя (поз. 13) и высыпаются в его чашку. В течение 1,5 минут производиться сухое перемешивание компонентов, затем вводиться вода в требуемом по предварительному расчету количестве (в зависимости от естественной влажности отсева).

Формование  кирпича

       Готовая формовочная смесь выгружается  из бетоносмесителя (поз. 13) на ленточный конвейер (поз. 14). Для этого оператор посредством пневмоцилиндра открывает затвор в днище смесителя.

       С ленточного конвейера формовочная  масса направляется в пресс (поз. 15).

       В первом положении (загрузка) матрица  находиться под бункером и обе  ее полости заполняются формовочной  смесью. С целью исключения зависания смеси и наиболее полного заполнения матрицы, бункер формующей установки оборудован навесным вибратором. Заполненная смесью матрица с помощью горизонтального цилиндра перемещается во второе положение (на пост формования) , где происходит процесс прессования под давлением 18 МПа.

       После снятия давления вновь включается в  работу горизонтальный цилиндр и  матрица с отпрессованными двумя  кирпичами перемещается в третье положение (разгрузка), где происходит выталкивание кирпича из матрицы. Затем  матрица вращается в исходное положение под загрузку, а отморфованные кирпичи вручную снимаются со стола. Далее цикл повторяется.

       Цикл  прессования утолщенного кирпича  состовляет 15…19 секунд, включая выдержку  давлением в течение 3 секунд. Изготовление кирпича производиться в автоматическом режиме. Переналадка на выпуск разного по толщине кирпича производиться путем перестановки датчика регулирующего глубину загрузки матрицы.

Тепловая  обработка

       Отформованный кирпич (прочностью не менее 0,4 МПа) вручную  укладывается штабелем на технологическую вагонетку. Кирпич укладывается на ребро между смежными кирпичами 1…2 см. На один поддон укладывается 144 шт. утолщенного кирпича (6 рядов по 24 шт.) или 216 шт. одинарного кирпича (6 рядов по 36 шт. в одном ряду). Схема укладки кирпича на технологическом поддоне.

       Поддоны со свежеотформованным кирпичом перевозятся  ручной тележкой к автоклаву (поз. 16), а затем штабалером устанавливаются в 2 яруса по высоте.

       Автоклав  представляет собой трубу длиной  6м и диаметром 4м, вместимостью 12 вагонеток (V=5965 м3). Режим работы автоклава: