Производство кирпича на отходах углеобогащения

Содержание

Реферат

Введение

1.Номенклатура производства

2.Сырьевые материалы

3. Расчетная производственная программа

4.Обоснование способа производства

5.Описание физико-химических процессов получения материала

6.Описание технологического процесса

7. Основное технологическое оборудование

Заключение

Список используемой литературы

Перечень графического материала

Лист 1 – Технологическая схема производства изделий

Лист 2 – Технологическая карта производства

Описание проекта

Целью курсовой работы по дисциплине «Технология строительной керамики» является закрепление теоретических знаний, выработка умения составлять и оформлять технологическую и конструкционную документацию, освоение методов технологического расчета процессов.

В данной курсовой работе рассмотрена технология получения керамического кирпича на отходах углеобогащения по полусухому способу подготовки массы. Также рассмотрены основные процессы и закономерности, протекающие в процессе получения изделия.

Введение

Керамический кирпич – первый искусственный каменный материал, созданный человеком. Его история составляет несколько тысячелетий. Благодаря таланту зодчих, мастерству каменщиков, высокой прочности и морозостойкости кирпича, качеству кладочных растворов через века дошли до нашего времени кирпичные постройки практически во всех странах мира.

Современные знания о структуре и свойствах сырьевых материалов, поведении их на разных технологических переделах, высокий уровень развития технологии и оборудования позволяют производить керамические изделия с заранее заданным комплексом свойств. Архитекторы – наши современники получили практически безграничные возможности реализации своих проектов при использовании керамического кирпича. [1]

В настоящее время в качестве стеновых применяют широкую номенклатуру изделий: керамический и силикатный кирпич и камень, полнотелые керамзитобетонные и трехслойные стеновые панели, полнотелые и пустотелые камни и блоки из тяжелых и легких на пористых заполнителях бетонов, блоки и камни из арболита и на основе торфа типа «Геокар», камни и блоки из ячеиcтых бетонов и т. д. Наиболее распространенной разновидностью стеновых изделий являются мелкоштучные керамический и силикатный кирпич и камни, из которых в России построено около 40% домов существующего жилого фонда, а в жилищном строительстве.[2]

В 2015 году в Татарстане введено в строй 2,4 млн. кв.м жилья, что составляет 100 процентов от годового плана. На протяжении последних пяти лет в Татарстане вводится 2,4 млн. кв.м жилья, и по этому показателю республика стабильно входит в десятку лидеров среди регионов Российской Федерации.[3]

Соответствующим образом возрастает и потребность в строительных материалах. Имеющиеся в республике мощности по производству мелкоштучных стеновых материалов в настоящее время составляют всего 964,0 млн. шт. усл. кирпича в год, в том числе по выпуску керамического кирпича – 479,7.

В целом по республике дефицит по выпуску мелкоштучных стеновых материалов производственных мощностей (без учета строящихся производств) к 2015 году составляет 649 млн. шт. усл. кирпича в год (из них около 120 млн. шт. лицевого и 529 млн. шт. стенового), а к 2030 году соответственно 1 377 млн. шт. усл. кирпича в год (из них примерно 240 млн. шт. лицевого и 1 137 млн. шт. стенового).

Это свидетельствует о высокой инвестиционной привлекательности развития кирпичного производства в Республике Татарстан.[4]

Сырьевые материалы

Основным сырьем для производства керамических кирпича и камня являются тугоплавкая глина, шамот, и органическая добавка - угольная пыль, выгорающая при обжиге.

Тугоплавкие глины относятся к осадочным горным породам. Важнейшими глинистыми минералами являются каолинит Аl2O3 ٠ 2SiO2 ٠ 2H2O, монтмориллонит А12O3 ٠ 4SiO2 ٠ nH2O и др. Тугоплавкие глины имеют огнеупорность от 1350 до 1580°С. Характеризуются высоким содержанием глинозёма Al2O3 (2042%), высокой связующей способностью и пластичностью. Они образовались из гранитов, гнейсов, порфиров и других горных пород, состоящих из кварца, полевого шпата и др. Они содержат небольшое количество примесей кварца, полевого шпата, слюды, карбонатов кальция и магния. [11]

В производстве изделий стеновой керамики глинистое сырье редко используется в чистом виде, чаще его используют совместно с различными добавочными материалами. [6]

Шамотом называют керамический материал, получаемый обжигом глины при температуре, равной температуре обжига изделий из этой же глины. Он является более эффективным по технологическим свойствам отощителем, улучшая одновременно сушильные и обжиговые, формовочные свойства глины.

На заводах в качестве шамота используют порошок, получаемый помолом отходов обожженного кирпича. [12]

В процессе обжига уголь сгорает, образуя поры в готовом продукте, что способствует улучшению теплоизоляционной структуры кирпича. С этой же целью могут быть использованы отходы угледобычи.[10] Использование отходов углеобогащения позволяет сократить расход топлива на производство кирпича.[6]

Угольная пыль представляет собой сухой тонкий порошок с размерами частиц от самых мелких пылинок крупностью 0,1 мкм до более крупных (300...500 мкм). Тонкость помола характеризуется остатками на стандартных ситах с ячейками размером 50; 90; 200; 500 и 1000 мкм. Насыпная плотность свеженасыпной пыли находится в пределах 500…700 кг/м3 , а уплотнѐнной 800…900 кг/м3.

Обоснование способа производства

Свойства сырья, тип изделий, объем производства, способы подготовки сырьевых материалов определяют общие принципы технологических схем производства изделий. Способы переработки сырья и подготовки массы — пластический, полусухой или шликерный — наиболее полно определяют различия технологических схем производства изделий.

Технологическая схема производства изделий полусухим способом переработки сырья и подготовки массы применяется на производстве обыкновенного и эффективного кирпича, пустотелых камней при полусухом прессовании изделий, при использовании глинистого сырья пониженной пластичности и влажности.

Полусухое прессование изделий имеет ряд преимуществ перед пластическим формованием: устраняется длительный и сложный процесс сушки сырца, длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза, изделия имеют правильную форму и более точные размеры, они дают значительно меньшую усадку при обжиге. [6]

Этот способ перспективен с позиций комплексной механизации. Применение полусухого способа в производстве кирпича позволяет проводить садку сырца на обжиговые вагонетки и исключить из технологии его перегрузку с сушильных вагонеток на обжиговые. Это определяет возможность применения надежных автоматов — садчиков кирпича-сырца на печные вагонетки.[7]

Описание физико-химических процессов получения материала

Важнейшие физико-химические свойства изделий (прочность, плотность, морозостойкость) приобретаются в результате обжига. При обжиге одновременно протекают процессы тепло- и массообмена, значительно усложненные фазовыми и химическими превращениями. В зависимости от свойств глинистого сырья эти процессы протекают без нарушения целостности изделий или приводят к их деформации — трещиноватости и короблению, особенно у чувствительных к обжигу глин.

Особенностью обжига неглазурованных грубокерамических изделий является то, что глинистое сырье переходит частично из твердого состояния в расплав как гетерогенная система, в некотором температурном интервале при окислительной атмосфере печи. Образовавшаяся даже в незначительных количествах стеклофаза связывает нерасплавленные минералы в структуре керамического черепка при охлаждении.

Температурный режим обжига кирпича и эффективных керамических камней условно разделяется ил четыре периода: досушки(200°С), подогрева (около 700—800°С), собственно обжига (взвар 900—1050° С), остывания (охлаждения до 40—50°С).

Досушка производится для полного удаления воды затворения и гигроскопической, а также для равномерного прогрева массы полуфабриката до 100—200°С. Наиболее интенсивное удаление воды происходит при 80—120°С, что связано с возможностью растрескивании сырца. Температура в период досушки повышается медленно, при наличии достаточной тяги, предупреждающей возможности конденсации паров на сырце и его запаривания.

Подогрев до 800°С, т.е. до начала упругих деформаций, первоначально производится дымовыми газами и далее при сжигании топлива. В начальной стадии этого периода (300° С) начинается выгорание органических примесей, заканчивающееся при медленном повышении температуры до 450°С, при быстром - около 700—800°С. Коксовый остаток выгорает к концу второго периода (700—800°С). Скорость выгорания веществ обратно пропорционально квадрату толщниы изделия и во многом зависит от избытка воздуха в печных газах .

В середине периода при 500—650°С интенсивно выделяется конституционная вода, минералы, содержащие железо, например сидерит FeCO3, диссоциируют с выделением CO2. В восстановительной среде, создаваемой сжиганием топлива внутри черепка изделий при вводе топлива в массу или при водяном орошении, часть оксида железа (III) восстанавливается до оксида железа (II) с образованием легкоплавких эвтектbк (железистых стекол), особенно при повышении температуры до 850—900°С, способствующих уплотнению черепка. При 550°С и наличии восстановительной среды начинается диссоциация сульфидов и сульфатов с выделением SO2, а при 700—800°С диссоциация карбонатов СаСО3 и MgCO3, заканчивающаяся при 950—1000°С с выделением СО2, и повышением пористости изделий. Начиная с 700° С и выше, щелочи, находящиеся в глине, вступают во взаимодействие с другими компонентами глины, образуя расплав, количество которого также возрастает с повышением температуры. В процессе формирования черепка жидкая фаза (расплав) непрерывно меняется. Количество расплава, образующегося при одной и той же температуре, зависит от химического состава глинистых материалов и добавок, реакционной способности и дисперсности компонентов массы, качества печной среды и продолжительности нагрева. При малом содержании жидкой фазы достаточная механическая прочность изделий не обеспечивается, при излишнем — возможна деформация изделий в процессе обжига. В этом периоде обжига изделий (700— 800°С) кристаллическая решетка глинообразующих минералов разрушается незначительно, поэтому такие физико-механические показатели, как усадка, прочность, пластические деформации, модуль упругости, изменяются незначительно. Пористость изделий к концу периода увеличивается.

Взвар характеризуется достижением максимально допустимой температуры обжига изделий, созреванием черепка и выдержкой обычно при 900—1050°С. Повышают температуру осторожно, так как при 800—900°С возникают упругие деформации, что связано с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительными структурными изменениями черепка. Период взвара характеризуется изменением огневой усадки, начинающейся при 750850°С , в зависимости от свойств сырья, и заканчивающейся к моменту достижения конечной температуры обжига. Вязкость массы изделий и пористость при 900—950°С резко снижаются, в особенности у сырца из сырья, богатого карбонатами. Диссоциация карбонатов к атому времени почти полностью заканчивается. Оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, делая глину легкоплавкой, способствуют быстрому размягчению ее за счет увеличения количества расплава и тем самым резко уменьшают пористость массы изделий, Материал изделий переходит в пиропластическое состояние. Железосодержащие минералы наряду со щелочами являются наиболее легкоплавкими составляющими, особенно FeO, так как плавится этот оксид при температуре на 150—200°С ниже, чем Fe2O3. Поскольку в глинах железо чаще всего встречается в виде Fe2O3, переход его в FeO возможен только в восстановительной среде, получаемой при сгорании топлива, запрессованного в изделия, или при вводе воды в печь на конечной стадии обжига. Поэтому обжиг изделий в восстановительной среде при 900—1000°С равноценен обжигу в обычной (окислительной) среде при 1050—1100°С, без деформации изделий. Для выравнивания температуры в печи и более полного протекания физико-химических процессов в конце взвара производится выдержка 3-5 ч.

Краткосрочная выдержка также способствует интенсивному протеканию превращений кремнезема, образованию муллита, хотя завершение этих процессов переносится в область более высоких температур, чем температуры обжига изделий. Поэтому нарастание прочности черепка изделий, начинающееся при 800—850°С и продолжающееся до конца обжига (900—1050°С), объясняется не столько влиянием вновь образующихся соединении, сколько действием расплава, который, благодаря энергии поверхностного натяжения, сближает и связывает более крупные частички массы — дегидратированные частички глинистого вещества и зерна кварца, Прочность охлажденного расплава (стекловидной фазы) достигает 490—588 МПа.

При полусухом прессовании зерна заполнителя как бы вдавливаются в глинистые частички и при обжиге частички связываются только в местах контактов.

Охлаждение начинается небольшой зоной «закала» и характеризуется медленным понижением температуры (около 30°С в час) до 550 — 500°С без отбора тепла во избежание внутренних напряжений и растрескивания изделий. Трещины скорее всего могут появиться в интервале 600—400°С в результате полиморфных превращений кварца (при 573°С) и перехода расплава из вязкого в твердое состояние.

Дальнейшее охлаждение до конечной температуры 40—60°С происходит быстро, и допускаемая величина температурного перепада возрастает до 120— 125° С/ч. Количество воздуха, необходимое для полного охлаждения изделий, составляет в среднем 6500—7500 кг на 1000 шт. условного кирпича. При этом в зоне взвара коэффициент избытка воздуха будет около 3,5—4,5 и отсасывающий вентилятор должен удалять из печи около 22 000—30 000 кг газа на 1000 шт. обжигаемого условного кирпича.

Отощающие (шамот) и выгорающие (уголь) добавки повышают пористость полуфабриката, понижают чувствительность к обжигу и создают условия для быстрого нагрева его при скоростном обжиге. [6]

Описание технологического процесса

Разновидностью способа полусухого прессования является ресурсосберегающий способ прессования с использованием отходов углеобогащения.

Технологическая линия обеспечивает последовательное выполнение следующих операций: добычу глины, ее сушку, измельчение, подготовку добавок, смешивание и доувлажнение массы. Порошок спрессовывается в пресс-форме гидравлического пресса, и сырец укладывается штабелями на печную вагонетку для прохождения обжига. Обожженные изделия разгружаются, пакетируются и отправляются на склад готовой продукции.[9]

Добычу сырья ведут в карьерах 1 открытым способом многоковшовыми экскаваторами 2. Из карьера глину направляют на склад сырья 4 автосамосвалами 3.

Переработка глинистого сырья с целью разрушения природной структуры осуществляется с помощью естественной и механической обработки.

Полусухой способ подготовки массы заключается в грубом измельчении исходного сырья, его подсушивании, тонком измельчении, отсеве крупных включений, смешивании его с добавками и увлажнении.[7]

Для подачи глины в производство из глинохранилищ используют скребковый конвейер 5.

Дозирование глинистых компонентов и равномерная подача их на последующую обработку осуществляются ящичным питателем 6. Ящичные питатели не только дозируют, но и частично разрыхляют сырьевые материалы.

Затем для предварительного измельчения глины поступают на специальные машины – каменвыделительные вальцы 7, измельчающих и удаляющих твердые включения из глины. Камневыделительные вальцы 7 имеют на поверхности валков винтовую нарезку, по которой плотные включения размером от 35 до 180 мм как бы «вывинчиваются» с вальцов на сторону и удаляются посредством отводящего лотка.

После предварительного измельчения глинистое сырье с помощью ленточного питателя 8 поступает на сушильный барабан 9. Барабаны устанавливают под углом 35° к горизонту. Топочные газы перед подачей в сушильный барабан разбавляются в камере смешения холодным воздухом до 650800°С. Температура отходящих газов 110140°С, а скорость 1,52 м/с. Резкое снижение температуры теплоносителя в начале барабана связано с обогревом холодной глины и потерями в окружающую среду. Удельный расход тепла – 4145 кДж/кг испаренной влаги. Температура глины после сушки – не более 6080°С.

Высушенная в сушильном барабане глина поступает на ленточный питатель 10 и подается для помола в помольносмесительные бегуны 11. Смесительные бегуны сухого помола периодического действия предназначены для измельчения и перемешивания полусухих глин, шамота и других материалов. Загруженный в бегуны материал неподвижно укрепленными скребками перемещается под катки. После достижения достаточной степени размола и перемешивания с помощью отдельного привода материал опускается в выгрузочный скребок и под действием центробежных сил, перемещаясь вдоль скребка, выгружается из чаши в течку. Измельченная глина проходит через вибросито 12 и ленточным питателем 13 подается на элеватор 14, который загружает материал в расходный бункер глины 15. Откуда сырье дозируется на весовом дозаторе 16 и подается в стержневой смеситель 32.

Технология подготовки добавок состоит из следующих операций:

Шамот приготовляют из боя изделий. Бой изделий с помощью фронтального погрузчика 23 со склада боя кирпича 22 подается в ящичный питатель 24, который подает бой на предварительное дробление на щековых дробилках 25. Затем предварительно измельченный материал поступает с помощью ленточного транспортера 26 на более тонкий помол в шаровую мельницу 27. Полученный порошок проходит просев через вибросито 29 и ленточным питателем 13 подается на элеватор 28, который загружает материал в расходный бункер шамота 30. Откуда шамот дозируется на весовом дозаторе 31 и подается в стержневой смеситель 32.

Угольная пыль не требует особой предварительной подготовки. Она привозится в автоцистернах 17 и пневмоподъемником 18 загружается в расходный бункер 19. Из расходного бункера 19 материал в виде тонкодисперсного порошка подается винтовым питателем 20 в весовой дозатор 21. Откуда отдозированный материал подается в стержневой смеситель 32.

В стержневом смесителе 32 компоненты шихты перемешивается (гомогенизируется). Смеситель, представляет собой вращающийся барабан, в котором обрабатываемый материал растирается и дополнительно перемешивается под действием стержневой загрузки. Одновременно происходит и доувлажнение массы до проектной влажности 78%.

Готовый пресс-порошок из смесителя 32 подается ленточным питателем 33 в шихтозапасник 34. Готовая к прессованию формовочная масса взвешиваясь на весовом дозаторе 35 подается винтовым питателем 36 на пресс 37.

Начало прессования керамического порошка сопровождается его уплотнением за счет смещения частиц относительно друг друга и их сближения. При этом происходит удаление воздуха из системы.

Следующая стадия уплотнения характеризуется пластической необратимой деформацией частиц. При этом увеличивается контактная поверхность между частицами. Одновременно с этим уплотнение каждой элементарной частицы сопровождается выжиманием влаги из ее глубинных слоев на контактную поверхность частицы. Оба эти фактора обуславливают возрастание сцепления между частицами.

В третьей стадии уплотнения наступает упругая деформация частиц. Такие деформации наиболее вероятны для тонких удлиненных частиц в виде игл и пластинок, которые могут изгибаться по схеме зажатой консоли или балки, опирающейся на две опоры.

Последняя стадия уплотнения сопровождается хрупким разрушением частиц, при котором прессовка получает небольшое уплотнение и наибольшее сцепление вследствие сильного дальнейшего развития контактной поверхности.[7]

Спрессованный кирпич-сырец укладывается с помощью автоматасадчика 38 на печную вагонетку 39 образуя штабеля. Печная вагонетка со штабелями кирпича-сырца 41 при помощи электропередаточной тележки 42 и толкателя 40 транспортируется на обжиг в туннельную печь 43. Прямые туннельные печи являются печами непрерывного действия, в которых полуфабрикат обжигается на вагонетках, передвигающихся вдоль печи. Туннельная печь имеет три постоянные зоны: подготовки (подогрева), обжига (взвара) и охлаждения (остывания).[6]

Изделия обжигаются при температуре 10001050°C. Температурный режим обжига кирпича условно разделяется на четыре периода: досушки (до 200°C), подогрева ( 700800°C), собственно обжига (взвар – 9001050°C, остывания (охлаждения до 4050°C).

Обожженные изделия 44 краномперекладчиком 45 укладываются на деревянный поддон 47 и роликовым транспортером 48 транспортируется на устройство пакетирования 49, предназначенный для механизированной пакетной укладки пакетов на поддоны и автоматической их упаковки в термоусадочную пленку. Готовые изделия автопогрузчиком 50 доставляются на склад готовой продукции 51.

Заключение

Ежегодно от углеобогатительных фабрик нашей страны поступает в отвалы около 15 млн. т отходов. Зольная часть этих отходов в большинстве случаев является глинистой с содержанием Al2O3 до 16 %, а температура сгорания отходов достигает 8400 кДж на 1 кг. Использование их как выгорающей добавки выгодно экономически и технологически, поскольку обеспечивает более равномерное распределение горючей массы в обжигаемых изделиях.

Основной особенностью технологии производства кирпича на отходах углеобогащения по полусухому способу прессования является сокращение расходов теплоты и ресурсов. Сокращается также расход металла вследствие исключения длительного процесса сушки кирпича.

Кирпич и камень керамические, применяются для кладки и облицовки несущих, самонесущих и ненесущих стен и других элементов зданий и сооружений.

К преимуществам керамического кирпича можно отнести следующие:

-высокая прочность;

-хорошая теплоемкость;

-высокий уровень звукоизоляции;

-эстетичность;

-экологичность.

Огнестойкость керамического кирпича очень высокая. Под воздействием огня такая стена может находиться до 10 часов, что увеличивает возможности его применения.

Керамика.dwg

Операто- ры укладки (4) и тележки(3)
КГАСУ ИСТИЭС 15.015.КР
Технологическая схема
Производство кирпича на отходах углеобогащения
Технологическая карта производства
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Кирпич керамический пустотелый нормального формата ГОСТ 530-2012 Размеры в мм - 250х120х65 Кирпич керамический утолщенный пустотелый ГОСТ 530-2012 Размеры в мм - 250х120х88 Камень керамический ГОСТ 530-2012 Размеры в мм - 250х120х140 Формовочная влажность % - 8одного кирпича норм.формата - 2.7 кг утолщенного - 3
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧИХ МЕСТ
Переработка глин 2.Отделение подготовки добавок 3.Смесительное отделение 4.Формовочное отделение 5.Обжиговое отделение 6.Отделение складирования готовой продукции
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Добыча и переработка сырья - разработка глины должна производиться в соответствии с требованиями
утвержденными Госгортехнадзором при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. 2.При введении технологических процессов(просев
обжиг) должны быть соблюдены: 1.Метрологические условия и содержание глины в рабочей зоне производственных помещений по ГОСТ 12.1.005-80. 2.Очистка выбрасываемого в атмосферу воздуха в соответствии с ГОСТ 17.1302-80. 3.Параметры вибрации на рабочих местах по ГОСТ 12.1.012-80. 4.Уровни звукового давления в активных полосах частот на рабочих местах по ГОСТ 12.1.003-80.
РЕЖИМ ТРУДА И ОТДЫХА sm1.5
q*;Количество рабочих дней в году 350 Количество смен в сутки 3 Количество часов в смену 8 Годовой фонд рабочего времени чгод 8400
ТЕМПЕРАТУРНАЯ КРИВАЯ ОБЖИГА ИЗДЕЛИЯ
ОПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ
Правильн. разработ. карьера
Штангель циркуль по ГОСТ 166-80
Метал линейка ГОСТ 427-75
Зоны: подогр обжиг охлажд
Температ режим обжига
Миливольт метр с термопа- рой
0х120х65 250х120х88 250х120х140
Расход- ный бункер шамота
Расход- ный бункер золы
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
Состав звена(разряд)
многоков. эксковатор
Доставка глины в запасник
Доставка угольной пыли
Переработка сырья и добавок
Операто- ры приема сырья(4) и пере- работки сырья(4)
Вторичная переработка глины
Дозирование угольной пыли
Измельчение боя кирпича
Просев и складирование шамота
Формование кирпича-сырца
Операто- ры пере- ки сырья(4) и пресса(5)
Садка кирпича-сырца и транспортировка на обжиг
Садка кирпича сырца на печную вагонетку и транспортировка на обжиг
Транспортировка на обжиг
Доставка кирпичного боя на переработку
Транспортировка на разгрузку
ПОРЯДОК ВЫХОДНОГО КОНТРОЛЯ
Доставка шихты в ихтозапасник
Разгрузка и складирование
Разгрузка печных вагонеток
Операто- ры печи (5) и тележки(3)
Операто- ры пакетировщика(5) и машинист(4)
Вибросито и бункер глины
по объему на определ. длине лнеты
Состав по массе: Глина Уг.пыль Шамот
Канатно-рычажный механизм
Стойка опорного троса для кабеля
Многоковшовый экскаватор
Камневыделительные вальцы
Бегуны сухого помола
Расходный бункер глины
Расходный бункер угольной пыли
Фронтальный погрузчик
Расходный бункер шамота
Стержневой смеситель
Укладчик сырца на печную вагонетку
Электропередаточная тележка
Роликовый транспортер
Устройство пакетирования
Склад готовой продукции
Наименование контролируемого параметра
Нормативное значение
по длине:±4; по ширине:±3; по толщине: для кирпича ±2;для камня ±4
Предел прочности при сжатии
Предел прочности при изгибе кирпича
Скорость начальной абсорбции воды