Министерство  образования и науки Российской Федерации

      Белгородский  Государственный  
Технологический Университет им В.Г. Шухова 
 
 

Институт  строительного материаловедения

Кафедра ТЦКМ 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

По Технологии композиционных материалов 
 
 

На  тему: «ЦЕХ СИЛИКАТНОГО  КАМНЯ МОЩНОСТЬЮ 60 МЛН.

ШТ. В ГОД» 
 
 
 
 
 
 

  Выполнил: студент   группы ХВ-51 
                    Жумакаев Э.А.

     Принял: Кудеярова Н.П. 
 
 

Белгород 2010

Содержание

Введение

     Одной из важнейших задач промышленности строительных материалов на рубеже XXI века является развитие отечественного производства высокоэффективных строительных материалов, среди которых важное место занимают материалы автоклавного твердения.

     Наметившаяся  стабилизация производства строительных материалов и изделий и постоянное направление (1998 г.) объема по большинству  видов требует дальнейшего совершенствования  технологических процессов в  промышленности строительных материалов, направленных на повышение конкурентоспособности  продукции, как на внутреннем так  и на внешнем рынке. Это заставляет обращать особое внимание на экономию материальных и топливно-энергетических природных ресурсов, максимального  использования местного сырья и  отходов от различных производств, а также на создание экологически безопасных строительных материалов и  их технологий.

     В структуре производства продукции  отрасли (в стоимостном выражении) стеновые материалы занимают второе место после железобетона, одно из ведущих мест среди этих материалов занимают изделия автоклавного твердения (силикатный кирпич, газосиликатные и  плотные блоки и т.д.).

     Автоклавная обработка дает возможность также  использовать в качестве сырья для  производства строительных материалов и изделий наряду с местными видами, например песками, многие виды промышленных отходов: шлаки черной и цветной  металлургии, золы ТЭС и др. Эти  отходы, не обладающие вяжущими свойствами в обычных условиях, при автоклавной  обработке становятся активными  компонентами сырьевой смеси, что позволяет  получать на их основе строительные материалы  и изделия высокого качества.

     Для формирования свойств строительных материалов особое значение имеют различные  и весьма разнообразные по свойствам  силикаты и гидросиликаты.  Цементное  производство относится к наиболее топливо- и энергетическим. Поэтому  получение автоклавных вяжущих, позволяющих получать высокопрочные  изделия на основе гидросиликатов кальция  из различных материалов за несколько  часов, является весьма целесообразным.

     На  ряду с известными вяжущими в последние  годы принято направление на создание принципиально новых вяжущих  систем и технологий синтеза высокопрочного искусственного камня, позволяющих  исключить автоклавную обработку. Выявление новых свойств твердых  тел позволяет искусственно сократить  технологический цикл получения  различных силикатных и композиционных материалов, что, в свою очередь, может  послужить основой для разработки эффективных и принципиально  новых технологий.

     В последние годы изменились строительные нормы и правила при выполнении строительных работ, повышены требования к строительным материалам по теплофизическим  и физико-механическим характеристикам. В частности взято направление  на снижение теплопроводности стен зданий и сооружений при одновременном  повышении их прочности. Исходя из этого  повышаются требования к качеству силикатного  кирпича, как одного из основных представителей стеновых материалов. Снижение теплопроводности силикатного кирпича решается за счет увеличения пустотности и замены песка-заполнителя на более легкие компоненты. Однако сохранение и повышение  прочности таких изделий достигается  повышением качества вяжущего, основным видом которого для изделий автоклавного твердения является известково-песчаное вяжущее.

     Силикатный  камень представляет собой искусственный  безобжиговый стеновой строительный материал, изготовленный методом прессования  из смеси вяжущего вещества и песка  и отвердевший под действием  пара в автоклаве.

     Модульный кирпич выпускают размером 250*120*88 мм, а силикатные пустотелые камни размерами 250*120*118 мм.

     В зависимости от предела прочности  при сжатии кирпич силикатный и камни  силикатные по ГОСТ 379-95 подразделяют на марки: 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300.

     Марка лицевого камня не < 125, F не < 25.

     Морозостойкость (F) не < 15, 25, 35, 50.

     Если r < 1500 кг/м3 – то изделия пористые;

     Если r > 1500 кг/м3 – то изделия плотные.

     Плотность силикатного камня не пустотелого 1800-1950 кг/м3. Силикатный кирпич и камни  можно выпускать окрашенными.

1. Разработка технологической  схемы производства  и описание технологического процесса.

     Основными видами сырья для производства силикатного  камня являются песок, известь и  вода. По имеющимся данным более 50% заводов  силикатного кирпича располагают  известково-обжигательными цехами, сырьем для которых служат карбонатные  породы – известняки. Помимо основных видов сырья многие заводы применяют  суглинки, трепелы и другие кремнеземистые породы, золы и шлаки от сжигания углей на ТЭС, металлургические шлаки  и другие плавленые алюмосиликатные  материалы, а также некоторые  горные породы и промышленные отходы. Указанные материалы обычно используют в качестве компонентов вяжущего или активных заполнителей, а некоторые  из них – также в качестве уплотняющих  добавок. Для нашего случая, приготовления  силикатного камня применяется  три основных вида: песок, известь  и вода.

     Пески

     Основным  компонентом силикатного камня  является песок, поэтому заводы силикатного  кирпича размещают, как правило, вблизи месторождения песка, и песчаные карьеры являются частью предприятия.

     Песок – это рыхлое скопление зерен размером 0,1…5 мм различного минералогического состава. По происхождению пески бывают природные и искусственные. Искусственные пески представлены отсевами дробления горных пород, хвостами обогащения руд, отсевами твердых карбонатных пород, дробленными отходами металлургического производства (из штатов) и т.д., размеры частиц которых соответствуют приведенным выше.

     Природные пески. Пески являются продуктами выветривания осадочных горных пород (гранитов, карбонатов, полевых шпатов и т.д.), которые в дальнейшем были перенесены водой или ветром. Согласно общепризнанной классификации [3], все осадочные породы по условиям их происхождения разделяются на три группы:

1. обломочные породы;
2. химические породы;
3. органогенные породы.

     Обломочные  осадочные породы, к которым относятся  пески, характеризующиеся неоднородностью  состава. Отличаются они и абсолютными размерами обломков; зерна, слагающие эти породы, могут иметь размеры от микроскопических пылинок до крупных валунов и глыб. По крупности слагающих обломков эти породы делятся на четыре группы:

• грубообломочные, сложенные более чем наполовину обломками крупнее 1 мм в поперечнике (щебень, гравий, галька, глыбы, валуны);
• среднеобломочные, состоящие более чем на половину из зерен размером от 1 до 0,1 мм (пески, песчаники);
• мелкообломочные, сложенные преимущественно зернами размером от 0,1 до 0,01мм (лес);
• тонкообломочные или глинистые, дисперсные, состоящие более чем наполовину из частиц размерами менее 0,01 мм (глины, мергели, глинистые сланцы и т.д.).

     В большинстве случаев пески представляют собой совокупность отдельных минералов, отличающихся по химическому составу  и свойствам. Химико-минералогические особенности песков зависят от состава  минералогических пород, условий их разрушения, переноса и отложения  продуктов разрушения и т. д.

     Главной составной частью мономинеральных  песков обычно является кварц. Реже встречаются  гранатовые, магнетитовые и другие пески.

     Полиминеральные пески, в которых содержится менее 90% кварца, называются малокварцевыми. К ним относятся полевошпатовые пески, которые образуются в основном при разрушении кислых кристаллических  пород (гранитов, гнейсов и др.). Кроме  полевошпатовых малокварцевых песков встречаются пески карбонатные  и гипсовые, нефелиновые и ильменитовые. На Урале имеются месторождения  магнезитовых и циркониевых песков.

     Содержание  основных минералов в песках различно, что определяет их пригодность в  производстве изделий автоклавного твердения. Наиболее распространенные минералы песков приведены в таблице 1. 
 

     Кварцевые пески представляют собой конечную стадию разрушения горных пород, подвергнутых многократному воздействию выветривания и денудации (перемещению).

     Основным  минералом является кварц. В качестве примесей в кварцевых песках содержатся карбонаты, слюды, минералы глин, полевые  шпаты, халцедон, опал, мергель, магнитный  железняк и др. Чем больше в песке  содержится кристаллического кремнезема и чем меньше других минералов, тем  выше его качество.

     Содержание  кварца в полевошпатовых песках составляет от 17 до 45%, полевого шпата – от 23 до 70%; в карбонатных песках содержание кварца – 7…45%, карбонатов – 20…89%.

     Для определения пригодности песка, кроме его химического и минералогического  состава, необходимо знать также  гранулометрический состав и форму зерен песка, которые в совокупности влияют на формуемость сырьевых смесей и качество изделий. Форма зерен песка может быть окатанной (близкой к шарообразной), полукатанной, полуугловатой (с неправильными очертаниями поверхности, острыми ребрами и притупленными углами) и угловатой (острые ребра и углы). Поверхность песчинок может быть гладкой, корродированной и регенерированной (с нарастаниями на зернах однородного материала).

     Различают следующие разновидности песков:

• горные и овражные, состоящие из песчинок остроугольной формы с шероховатой поверхностью, что способствует хорошему сцеплению с известью;
• речные и озерные, содержащие песчинки окатанной формы с гладкой поверхностью, которые плохо сцепляются с известью.

     П.И. Фадеев по крупности зерен пески  разделяют на пять групп с диаметрами, мм:

           грубые…от 1 до 2

           крупные…от 0,5 до 1

           средние…от 0,25 до 0,5

           очень мелкие…от 0,5 до 0,1

     Искусственные пески. К искусственным пескам относятся  пески, полученные при дроблении  горных пород (гранитов, кварцитов и  т.д.), обогащении полезных руд, а также  пески, получаемые дроблением и сортировкой  топливных и металлургических шлаков, золы и т.д. Огромны ресурсы вскрышных  пород и попутно добываемых продуктов  в таких отраслях промышленности, как черная и цветная металлургия, топливная и химическая промышленность и др.

     В данном регионе КМА объем вскрышных  работ и отходов обогащения железной руды может достигать значений 100 млн. м³ в год, которые занимают сельскохозяйственные земли и осложняют экологическую обстановку в регионе использования вскрышных пород КМА сегодня не превышают 8%, однако в этом случае экономический эффект значителен.

     В нашем районе, а именно Белгородской области действует наш завод  силикатных материалов на вскрышных  песках КМА. С целью улучшения  фракционного состава песков предложено вводить отсевы кристаллических сланцев, позволяющие повысить прочность кирпича-сырца и качество силикатного кирпича.

     Известь

     Известь нашла широкое применение в производстве различных автоклавных изделий. Как компонент вяжущего она при  взаимодействии с кремнеземом при  автоклавной обработке образует цементирующую пленку, состоящую  из гидросиликатов кальция различного состава. Кроме того, известковое  тесто обладает высокой пластичностью  и адгезией, что улучшает формуемость  сырьевых смесей. В настоящее время  является основным сырьем для производства автоклавных известково-песчаных силикатных материалов.

     Производство  извести основано на обжиге карбонатных  пород известняков, доломитов, мелов  и др. Известняки являются одной  из наиболее распространенных карбонатных  пород. Они представлены в основном кальцитом, ранее арагонитом. В виде примесей в известняках присутствуют глинистые минералы, а также кремнезем  и доломит. Иногда они содержат оксиды железа, сидерит, гипс и т.д.

     Доломиты, как и известняки, представляют осадочную  горную породу. Состоят они в основном из минерала доломита. В виде примесей обычно присутствуют кальцит и глинистые  минералы, иногда – ангидрит, кварц, оксиды железа и др.

     Мела  представляют разновидность известняков. Это очень мягкая, тонкозернистая порода, состоящая из мельчайших частиц CaCO₃ с незначительными примесями глинистых и песчаных частиц.

     Известь – продукт обжига природных карбонатных , белого цвета, состоит в основном из оксидов кальция, и в некотором  количестве – оксидов магния. Примеси  присутствующие в извести, частично реагируют с CaO в процессе обжига. В состав извести входит также  и не разложившийся CaCO₃.

     Известь строительная в зависимости от условий  твердения делится на воздушную (твердение и сохранение прочности  изделий обеспечивается в воздушно-сухих  условиях) и гидравлическую (твердение  и сохранение прочности изделий  возможно как на воздухе, так и  в воде).

     Воздушную негашеную известь в зависимости  от содержания в ней оксидов кальция  и магния подразделяют на кальциевую, магнезиальную и доломитовую.

     Главными  составляющими известняков являются карбонатами кальция и магния. Примеси изменяют, состав извести. Диссоциация  карбонатов кальция и магния при  нагревании происходит с поглощением  тепла: 

        CaCO₃=CaO+CO₂ – g₁

     MgCO₃=MgO+CO₂ – g₂

     доломит - CaMg(CO₃)₂=MgO+CaO+2CO₂ – g₃

     Средние величины теплового эффекта реакции  диссоциации при 20ºС (изотермические условия реакции) составляют g₁=1776,5 кДж, g₂=1295,8 кДж, g₃=1546,6 кДж.

     Температура разложения углекислого кальция  зависит от парциального давления углекислоты  в окружающем пространстве. Разложение CaCO₃ начинается уже при 600ºС, и с повышением температуры реакция ускоряется. При 900ºС парциальное давление углекислого газа достигается 1 атм., поэтому эту температуру иногда называют температурой разложения известняка. Дальнейшее повышение температуры значительно увеличивает скорость реакции разложения, что отрицательно сказывается на качестве извести: ее реакционная способность падает. Это объясняется ростом кристаллов CaO при повышении температуры и их плотности. При высоких температурах и длительном обжиге возможен пережег извести – образование крупных и плотных кристаллов CaO, которое медленно взаимодействует с водой. Пережег извести образуется с появлением кристаллов CaO размером более 12…15 мкм.

     Кроме того при обжиге извести идут и  процессы кристаллизации образовавшиеся на первой стадии разложении карбоната  кальция высокодисперсные частицы  CaO, обладая повышенной свободной энергией, срастаются в более крупные кристаллы, в результате чего запас свободной энергии уменьшается.

     Качество  извести оценивается ее активностью (Аизв). Активностью извести называется процентное содержание активных оксидов  кальция и магния в извести. В состав промышленной извести входит свободный и связанный оксид кальция.

     Свободная CaO включает активный и неактивный оксид кальция.

     Связанный CaO называется оксид кальция, который вступит во взаимодействие с примесями в процессе обжига и образовал новые химические соединения.

     Активная  CaO – часть свободного оксида кальция, который реагирует с водой в обычных условиях гашения.

     Неактивная  CaO – часть свободного оксида кальция, который в обычных условиях гашения не реагирует с водой, но может быть превращен в активную составляющую (на примере тонкого измельчения пережога).

     Схематически  превращения CaO можно представить следующим образом:

     Важным  свойством извести является способность  обеспечивать высокую пластичность смесей. Пластичные свойства известкового теста объясняются наличием на поверхности  погашенных зерен извести адсорбционных  слоев воды, уменьшающих трение между  частицами извести. Чем активнее известь и чем полнее она погашена, тем пластичнее получается известковое  тесто. На пластичность известкового теста  значительное влияние оказывает  состав извести. Присутствие неразложившихся  карбонатов кальция (недожог извести) сильно снижает пластичность теста, так как основной его минерал имеет более высокую твердость.

     Гашение извести сопровождается большим  увеличением объема. Поэтому к  известковым растворам предъявляется  повышенное требование к равномерности  изменения объема при твердении. С целью устранения этого недостатка большинство изделий формуется  из смесей с полным предварительным  гашением извести. И тем более  не допускается автоклавная обработка  изделий с наличием в них непогашенных частиц извести. Гашение пережженных  частиц (как CaO) происходит медленно. И если этот процесс протекает в формованном изделии, то в нем образуются трещины. Поэтому пережог в изделии не допустим.

2. Описание технологического  процесса.Прием, хранение, подготовка и подача сырья

     Доставка  песка производится на складе, расположенного в непосредственной близости с приемными  бункерами цеха силикатного камня. Складирование песка производится с запасом для бесперебойной  работы цеха с расчетом обеспечения  месячного запаса сырья. При наличии  на картах наплыва песка с разным содержанием глинистых частиц, на складе песок складируется с расчетом возможности шихтовки его до номинального содержания последних 6-10%.

     Мощность  слоя складируемого песка достигает 10 метров. Погрузочные работы на складе осуществляются разгрузчиком, смонтированным на базе тракторов ДТ-50, ДТ-74.

     Песок разгружается на решетку приемного  бункера. В зимнее время крупные  камки мерзлого песка периодически удаляются.

     Из  бункерного склада. оснащенного, при  необходимости, трубами для подачи пара и размораживания песка в  зимнее время, песок системой транспортеров  подается на грохот ГИЛ-42, где производится отсев крупных комьев(более 20 мм). Крупные комья ленточным транспортером  ссыпаются в отвал. С помощью  транспортирующей системы песок  поступает в расходные бункеры  помольного и смесеприготовительного отделений.

     Известь.

     Известь поступает в цех из бункера  во вращающиеся печи автомобильным  транспортом.

     Из  автотранспорта известь поступает  в приемный бункер цеха силикатного  камня, откуда ленточным транспортером  подается в элеватор, которым подается известь в один из отсеков надмельченного бункера.

     Приготовление вяжущего.

     Песок и известь поступают из бункеров в мельницы через тарельчатые  питатели по течкам. Бункер имеет 4 питателя по 2 на каждую мельницу.

     Совместный  помол извести и песка производится в трех шаровых мельницах, две  СМ-14 и одна СММ-205.

     Загрузка  мельниц мелющими телами:

            1-2 мельницы  2000кг – шары;

                             10250 кг – цильпебс;

           2-мельница  4750 кг – цильпебс;

                             7500 кг – шары.

     Общая загрузка 12250 кг (СМ-14).

     Добавка песка при помоле извести от 15 до 25% от массы извести.

     Продукт помола системой шнеков и элеваторов подается в запасные бункера, откуда в расходный бункер вяжущего.

     Приготовление силикатной смеси.

     Вяжущее дозатором барабанного типа поступает  в двухвальный быстроходный смеситель  СММ-205 куда ленточным транспортером  подается песок. В смесителе происходит перемешивание вяжущего и песка  с добавлением воды. Количество воды должно обеспечивать полное гашение  силикатной смеси. В зимнее время  в смеситель может подаваться пар. Перемешанная силикатная смесь  из мешалки поступает на ленточный  транспортер, которым при помощи откидных ножей подается в силоса. Продолжительность нахождения смеси  в силосах определяется свойствами применяемого сырья. Время выдержки в силосах в течении 15 минут.

     Выдержка  менее установленного времени категорически  воспрещается. Контроль за наличием смеси  в силосах осуществляется при  помощи Гамма-реле по нижнему и по верхнему уровню. При наличии свободного нижнего уровня подается сигнал на опускание ножа, нож автоматически  опускается и происходит загрузка силоса. При достижении смесью верхнего уровня подается сигнал и нож автоматически  поднимается – загрузка силоса прекращается.