Цех по производству минераловатных плит повышенной жесткости производительностью 80 тыс. м3 в год

МИНЕСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт  Строительства и Архитектуры

Строительно-Технологический факультет

Кафедра Технологии Отделочных и Изоляционных Материалов 
 
 
 
 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К

КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

на тему:

«Цех  по производству минераловатных плит повышенной жесткости

производительностью 80 тыс. м³ в год». 
 
 
 
 

Выполнила:

        Дебердеева А.Ш.

          Студент  СТ-IV-1

     Проверил:

     Мишина Г.В. 
 

                                     Москва 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение……………………………………………………………………..3

1. Искусственное минеральное волокно и теплоизоляционные изделия на его основе……………………………………………………......3
1. Минеральная вата……………………………………………………3
2. Номенклатура выпускаемой продукции…………………………….6
2. Технологическая часть……………………………………….8
1. Выбор способа и технологической схемы производства…………8
2. Режим работы цеха…………………………………………………..15
3. Производительность цеха…………………………………………...16
4. Сырье и полуфабрикаты…………………………………………….17
5. Расчет и выбор основного технологического и транспортного оборудования……………………………………………………………….18
6. Расчет потребности в энергетических ресурсах…………………...18
7. Потребность цеха в энергетических ресурсах……………………..19
8. Штатная ведомость цеха…………………………………………….20
9. Контроль технологического процесса и качества готовой продукции…………………………………………………………………21
10. Охрана окружающей среды…………………………………………22
3. Охрана труда…………………………………………………..22
4. Технико-экономическая часть……………………………….24
5. Список используемой литературы…………………………..25

Введение.

    Неорганические  теплоизоляционные материалы и  изделия составляют основную часть  продукции отрасли. На их долю приходится более 80% общего объема выпуска теплоизоляционных материалов. Это объясняется распространенностью сырья, возможностью широкого регулирования строительно-эксплуатационных свойств неорганических материалов, применимостью их разновидностей практически в любых условиях эксплуатации. 

1.Искусственное минеральное волокно и теплоизоляционные изделия на его основе. 

    Искусственное минеральное волокно широко применяют для производства теплоизоляционных и акустических изделий. Общий объем материалов и изделий на основе искусственных минеральных волокон составляет более 60% от выпуска теплоизоляционных и акустических материалов всех видов. В зависимости от сырья и способа производства искусственное минеральное волокно можно подразделить на следующие разновидности: волокно минеральное с температурой применения до 600 °С (рядовое); волокно стеклянное (стекловолокно) с температурой применения до 400 °С; высокотемпературостойкое и огнеупорное волокно с температурой применения соответственно до 1000 °С и выше.

Продукт в виде бесформенной волокнистой  массы получил название минеральной  или стеклянной ваты, в зависимости  от химического состава исходных силикатных расплавов. Стеклянная вата характеризуется более высоким содержанием кремнезема и щелочей. 

1. Минеральная вата.

     Минеральная вата – рыхлый материал, состоящий из тонких (1-15 мкм) волокон стекловидной структуры. Технология минеральной ваты включает следующие процессы: подготовку сырья, плавление сырья и получение силикатного расплава, переработку расплава в волокно, формирование минераловатного ковра, рулонирование полученного ковра.

     Сырьевые  материалы для минераловатного производства достаточно разнообразны и имеются в стране в большом количестве. Для изготовления минеральной ваты применяют промышленные отходы, попутные продукты производств, горные породы. К сырью для производства минеральной ваты предъявляют следующие основные требования: оно должно иметь определенный химический состав, обеспечивающий стойкость волокна против действия эксплуатационных факторов (влаги, температуры); невысокую температуру получения расплава, достижимую в применяющихся для этих целей плавильных агрегатах; образовывать силикатные расплавы, характеризующиеся необходимыми для волокнообразования реологическими показателями; быть распространенным и не требовать сложной предварительной подготовки.

     Перечисленные требования обычно обеспечиваются составлением соответствующей смеси (шихты), включающей два или более компонентов. Лишь немногие виды природного сырья могут быть использованы для получения минеральной ваты без подшихтовки.

     Плавильные  агрегаты. Для получения расплавов в минераловатном производстве применяют различные типы плавильных печей: шахтные (вагранки), ванные, шахтно-ванные, электродуговые и шлакоприемники. Способы переработки расплава в волокно основаны на расщеплении струи расплава, вытекающей из печи, на тончайшие струи и их вытягивании в волокна. В настоящее время известно несколько разновидностей способов переработки расплавов в волокно. По принципу воздействия энергоносителя на струю расплава, истекающего из правильного агрегата,  их можно разделить на три основных способа: дутьевой, центробежный и комбинированный. При дутьевом способе выходящий из печи расплав разбивается на мелкие капельки струей пара или воздуха, которые вдуваются в специальную камеру и в полете сильно вытягиваются, превращаясь в тонкие волокна диаметром 2-10 мкм. При центробежном способе струя жидкого расплава поступает на быстро вращающийся диск центрифуги и под действием большой скорости вращения сбрасывается с него и вытягивается в волокна.

     Таким образом, минеральная вата представляет собой тонкие и гибкие волокна, полученные при охлаждении предварительно раздробленного в капли и вытянутого в нити минерального расплава.

     Минеральную вату более высокого качества получают центобежно-фильерно-дутьевым способом. Его технологические особенности состоят в том, что расплав из печи поступает в емкость, в днище которой имеется большое количество мелких отверстий (фильер). Расплав, продавливаясь через фильеры, превращается в тонкие струйки диаметром 1-2 мм, которые и подвергаются раздуву. Малая толщина струек, подаваемых на раздув, обеспечивает почти полное отсутствие неволокнистых включений, а также небольшой диаметр волокон ваты.

     Процесс волокнообразования. Процесс превращения расплава в волокно при использовании всех способов волокнообразования осуществляется в так называемых камерах волокноосаждения. Образующееся волокно падает на днище камеры, представляющие собой ленточный пластический транспортер. Через днище в направлении сверху вниз постоянно просасывается воздух, что способствует осаждению волокон. На выходе из камеры волокнообразования полотнище ваты подпрессовывается валком, разрезается на отдельные куски и скатывается в рулоны с прокладкой листов бумаги.

     В зависимости от вида сырья минеральная  вата делится на каменную и шлаковую. Сырьем для производства каменной ваты служат горные породы – диабаз, базальт, известняк, доломит, глина и другие. Шлаковую вату получают из доменных, ваграночных и мартеновских шлаков, а также шлаков цветной металлургии.

     Волокна минеральной ваты обычно имеют длину 2-10 мм, их диаметр – не более 8 мкм. Марку минеральной ваты определяют под пригрузом в 0,002 МПа. Коэффициент теплопроводности не превышает 0,04 Вт/м*К. Содержание неволокнистых включений, к которым относятся частицы размером более 0,25 мм, должно быть в зависимости от марки ваты не более 12-25%. Несмотря на то, что минеральную вату получают из расплава с температурой 1300-1400°С, температура ее применения, как правило, составляет не более 600°С.

     Изделия из минеральной ваты выпускаются в довольно широком ассортименте. Их подразделяют на штучные (плиты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты), рулонные (маты прошивные и на синтетическом связующем); шнуровые (шнуры, жгуты) и сыпучие (гранулированная вата).

     Минераловатные  изделия обладают высокой пористостью  и низкой теплопроводностью. Они  предназначены для тепловой защиты зданий, сооружений, а также для изоляции различных тепловых установок во избежание потерь тепла (холода). В СНиП 11-3-79** «Строительная теплотехника. Нормы проектирования» предусматривается увеличение теплового сопротивления ограждающих конструкций в среднем в 3,2 раза. Осуществление этих требований возможно путем расширения использования в строительстве эффектных теплоизоляционных материалов. По тепловому сопротивлению минераловатный утеплитель толщиной 1 см заменяет кирпичную кладку толщиной 10-12 см, керамзитобетон – 5-7 см. Для изготовления теплоизоляционных материалов расход топлива в 10-11 и трудоемкость в 20-25 раз ниже по сравнению с взаимозаменяемым по тепловому сопротивлению количеством глиняного кирпича. Масса готовой продукции меньше почти в 20 раз. Таким образом, теплоизоляционные материалы являются эффективным средством экономии энерго- и транспортоемких строительных материалов.

     Минераловатные  плиты повышенной жесткости изготовляют  с синтетическим, битумным и крахмальным  связующим. Изделия (плиты, цилиндры, маты) с синтетическим связующим имеют меньшую плотность, менее прочны и более привлекательны на вид по сравнению с изделиями на битумном связующим.

     Мягкие  и полужесткие, а также плиты  повышенной жесткости, имеют высокие  показатели по экологической чистоте, теплопроводности, плотности и несгораемости, соответствующие современным требованиям к теплоизоляционным материалам. Этим обусловлено их широкое применение при строительстве, реконструкции или ремонте жилых домов и промышленных зданий, а также теплоизоляции трубопроводов различного назначения. 

1.2 Номенклатура выпускаемой продукции. 

 Минераловатные  плиты повышенной жесткости предназначаются для тепловой изоляции ограждающих строительных конструкций: перекрытий, а также для утепления покрытий, выполненных из профилированного металлического настила или железобетона без устройства стяжки и выравнивающего слоя, в условиях, исключающих контакт изделий с воздухом внутри помещений. Используются для утепления стен, улучшения звукоизоляции перегородок.

     Плиты в зависимости от объемной массы подразделяются на марки: 75; 100; 150; 200; 250.

     Номинальные размеры плит и предельные отклонения размеров должны соответствовать указанным 

По физико-механическим показателям плиты должны соответствовать требованиям

2. Технологическая часть.

1. Выбор способа и технологической  схемы производства.

     Производство минеральной ваты и изделий из нее включает в себя следующие основные технологические операции:

         - подготовка сырьевых  материалов

         - составление сырьевой  смеси

         - плавление сырья

         - переработка расплава  в волокно

         - осаждение минеральной  ваты и формование минераловатного  ковра в камере волокноосаждения

         - введение связующего

         - тепловая обработка  минераловатного ковра

         - продольная и  поперечная резка ковра на  изделия заданных размеров. 

    Печи для получения силикатного расплава различают по принципу сжигания топлива, зависящему от его вида.

        Для получения силикатных расплавов в минераловатном производстве применяются различные типы плавильных печей.

        В своем проекте в качестве плавильного агрегата я принимаю вагранку. Выбор вагранки объясняется высоким коэффициентом использования теплоты от сжигаемого топлива, большой производительностью при небольших габаритах, простотой конструкции, незначительными капитальными затратами и простотой обслуживания. Вагранка ватержакетная 5232М диаметром 1250мм.

    Вагранка 5232М диаметром 1250 мм наиболее распространена в промышленности. Она представляет собой вертикальную печь, состоящую  из двух основных частей - горновой и шахтной. В горновой, нижней, части вагранки происходят горение топлива и плавление сырья. Здесь развиваются наиболее высокие температуры, поэтому горновая часть защищена водяной рубашкой - ватержакетом. Выше ватержакета шахта защищена от воздействия высоких температур футеровкой из шамотного кирпича.

     Воздух, необходимый для горения  топлива, подается в вагранку  через специальные устройства - фурмы,  которые симметрично расположены  по окружности вагранки в один-три  ряда на высоте 0,5-0,8 диаметра вагранки от ее днища. В каждом ряду находится 8-6 фурм диаметром 60-50 мм. Фурмы каждого ряда соединены общим кольцевым коллектором (фурменным поясом) , через который воздух поступает по всему периметру вагранки.

    Сортированные сырьевые материалы и кокс из расходных бункеров через весовые дозаторы подаются с помощью скипового подъемника, конвейера или бадьи с открывающимся днищем в загрузочное окно, расположенное в боковой стене вагранки. Высота рабочей зоны вагранки равна 4-5 ее диаметрам. Расход топлива (кокса) в вагранках, зависящий в основном от применяемых сырьевых материалов, составляет 18-20% массы сырья.

    Технические характеристики вагранок

    Вагранка  – непрерывно действующий противоточный тепловой агрегат. Загруженные сверху сырье и топливо чередующимися слоями опускаются вниз, а образующиеся в нижней части вагранки продукты горения топлива – горячие газы поднимаются вверх, передавая свою теплоту верхним слоям материала. Таким образом, сырье, опускаясь вниз по вагранке, разогревается и превращается в расплав. Расплав выпускают из вагранки через летку, которая обычно расположена в боковой стенке на высоте 0.2…0.35 диаметра вагранки от днища или непосредственно в днище. Диаметр отверстия летки 35-80 мм зависит от производительности вагранки. Для стабилизации струи расплава к боковой летке может быть пристроен копильник. 

Переработка минерального расплава в волокно.

    Полученный  в плавильном агрегате минеральный  расплав перерабатывают в волокно следующими способами: пародутьевым, центробежно-валковым, центробежно-дутьевым, фильерно-дутьевым.

    В своем проекте я принимаю центробежно-валковый способ.

    Этим  способом получают минеральное волокно  из расплава под действием центробежных сил,   создаваемых вращающимися валками центрифуг. В зависимости от количества валков центрифуги разделяют на одно-, двух-, трех-, четырехвалковые и т.д., а по числу передач расплава между рабочими органами - на одно- и многоступенчатые. Наиболее распространены четырехвалковые центрифуги.

    Центрифуга  Ц- 7 представляет собой станину П-образной формы из листовой стали толщиной 25 мм, на которой укреплены четыре рабочих валка в подшипниковых  узлах с приводом от четырех электродвигателей  общей мощностью 40 кВт. Рабочие валки приводятся в движение от электродвигателей через клиноременную передачу. Валки вращаются в вертикальной плоскости и ограждены сверху и сбоку бронированными листами. Центрифугу монтируют на рельсовом пути, по которому она передвигается с помощью мотор-редуктора. Обычно один плавильный агрегат комплектуется двумя центрифугами.

    Расплав из плавильного агрегата подается с  помощью регулируемого водоохлаждаемого лотка на поверхность первого  валка под углом 30-40° к его  горизонтальной оси. Подача струи расплава в другую точку первого валка уменьшает количество расплава, попадающего на второй валок, и ведет к увеличению неволокнистых включений. Роль первого валка - расщепить струю расплава и передать ее в виде множества струек на второй валок, на котором перерабатывается в волокна значительная часть поступившего на него расплава. Избыток минерального расплава передается далее на третий валок. Четвертый валок завершает процесс волокнообразования. Таким образом, основные волокнообразующие валки - второй и третий.

    Для отдува образующихся волокон на центрифуге установлен вентилятор производительностью 1400 м³/ч. Образовавшиеся на валках волокна подхватываются воздушным потоком, подающимся из вентилятора, и уносятся в камеру волокноосаждения, где оседают на движущемся сетчатом конвейере. Застывшие неволокнистые включения падают под центрифугу, откуда удаляются скребковым или пластинчатым конвейером. 
 

Технические характеристики центрифуги Ц-7

         Производительность  по расплаву, кг/ч   .............. 700-2000

         Диаметр, мм:

         первого и второго  валка   .............................................. 200

         третьего и четвертого валка   ........................................ 250

         Габаритные размеры, мм............................…..3400х1800х2120

         Масса, кг............................................................................ 4560 
 
 

    Осаждение  минерального   волокна и формирование минераловатного  ковра

    Волокна минеральной ваты, образовавшиеся в  результате переработки расплава, осаждаются в виде ковра в камере волокноосаждения. В зависимости от способа волокнообразования камеры волокноосаждения могут быть горизонтальными, вертикальными и барабанными.

    В курсовом проекте я принимаю горизонтальную камеру СМ-5237А.

    Горизонтальная  камера СМ-5237А представляет собой металлический изолированный каркас прямоугольного сечения длиной 10 м, шириной 2 м, высотой 3,5 м. По всей длине нижней части камеры проходит сетчатый конвейер, где осаждаются волокна и формируется минераловатный ковер, который затем удаляется из камеры на последующую переработку в изделия. Ковер, выходящий из камеры, уплотняется подпрессовочным роликом.

    Воздух, газы или паровоздушная смесь  удаляются из камеры вентилятором, который отсасывает их из камеры на уровне,  находящемся ниже сетчатого конвейера. В результате в камере создается разрежение, что способствует осаждению минеральных волокон и формированию ковра, а также препятствует попаданию волокон и газов в рабочее помещение.

    Скорость  движения сетчатого конвейера регулируется от 0,3 до 3,5 м/мин, что позволяет в зависимости от производительности плавильного агрегата поддерживать необходимую толщину минераловатного ковра. 

    Нанесение связующего вещества.

    Применяют три способа введения связующего в волокно: распыление или пульверизация, полив с вакуумированием, приготовление гидромассы или пульпы.

    В своем курсовом проекте я принимаю способ приготовления гидромассы или пульпы.

    При «мокром» способе введения  связующего хлопья минеральной ваты смешиваются  со связующим битумной эмульсией или раствором фенолоспиртов. В результате образуется гидромасса или пульпа. Такой способ используется при производстве плит марок 200 и 250 на битумном связующем, плит повышенной жесткости на синтетическом связующем (ППЖ). Гидромасса для производства плит на битумном связующем имеет соотношение ваты и воды от 1:9 до 1:10 и готовиться в гидросмесителе, а пульпа для производства плит ППЖ имеет соотношение ваты и воды от 1:15 до 1:35 и готовиться в пульпаторе.

    Мокрый  способ изготовления плит состоит из трех основных операций: приготовление гидромассы, формование из нее непрерывного минераловатного ковра и его тепловой обработки. Приготовление гидромассы производят в смесителях непрерывного или периодического действия роторного и валкового типов. Минеральную вату перед подачей в смеситель разрыхляют на специальных машинах. Смешивание волокна с рабочим раствором связующего существенно облегчается при введении пенообразователя. В этом случае образовавшиеся пузырьки пены играют роль шарниров и снижают трение между волокнами, способствуя образованию однородной гидромассы без наличия в ней комков ваты. Гидромасса поступает в бункер формовочного устройства. Формование  плит повышенной жесткости производят способами подпрессовки и отливкой ковра с последующим вакуумированием и калибровкой. 

    Тепловая  обработка изделий.

    Минеральный ковер, пропитанный синтетическим  связующим, проходит тепловую обработку  в специальных камерах, в которых  осуществляется подпрессовка ковра  до заданной толщины, сушка и отверждение  синтетического связующего. Камepa тепловой обработки является одним из основных агрегатов, входящих в состав технологических линий, определяющих качество выпускаемых изделий. При производстве минераловатных изделий на синтетических связующих используют различные конструкции камер тепловой обработки, отличающиеся исполнением (пластинчатые или сетчатые конвейеры), тепловой и аэродинамической схемой работы (подвод теплоносителя снизу или сверху, с рециркуляцией или без рециркуляции) и режимом тепловой обработки изделий.

    Тепловая  обработка осуществляется путем  прососа горячего теплоносителя  температурой 180-220 °С через минераловатный ковер. В качестве теплоносителя используют продукты сжигания топлива в топках, расположенных рядом с камерой или в отдельном помещении. Теплоноситель подается в камеру дымососом. Пройдя через минераловатный ковер, большая часть теплоносителя возвращается в топку на рециркуляцию, а другая часть удаляется из рабочего пространства камеры вентилятором.