Дипломная работа "ПОЛУЧЕНИЯ КИРПИЧА НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ МЕТАЛЛУРГИИ"

Содержание

Введение

Глава 1 Литературный и патентный обзор по проблеме получения кирпича на основе техногенных продуктов металлургии

1.1 Общие сведения о производстве декоративного шлакового кирпича. Понятие о декоративных строительных растворах и бетонах

1.2 Техногенные продукты металлургии, как сырье для производства строительных материалов

1.3 Способы образования доменного шлака

1.4 Отбеливание и активизация доменного гранулированного шлака

1.5 Основные требования к декоративному шлаковому кирпичу

Выводы по главе

Глава 2 Исследование свойств сырьевых материалов

2.1 Свойства доменных шлаков ЗСМК

2.1.1 Общие сведения

2.1.2 Химический состав доменных шлаков

2.1.3 Исследование шлака на силикатный распад

2.1.4 Физико-механические характеристики шлаков

2.2 Характеристика отработанной формовочной смеси

2.3 Характеристика пыли газоочистки известкового производства

2.4 Характеристика сульфатного компонента

2.5 Свойства поверхностно-активной добавки

2.6 Свойства красящего пигмента – отхода метизного производства

Выводы по главе

Глава 3 Оптимизация состава шлакобетона

3.1 Расчет состава шлакового вяжущего через коэффициент основности (двухкомпонентная шихта)

3.2 Расчет минералогического состава затвердевшего известково-шлакового вяжущего

3.3 Оптимизация состава шлакового вяжущего

3.4 Определение основных характеристик шлакового вяжущего

3.5 Определение влияния пигмента на свойства вяжущего

3.6 Оптимизация состава декоративного шлакобетона

3.7 Технологический регламент

Выводы по главе

Глава 4 Технологическая часть

4.1 Производственная программа и номенклатура продукции

4.2 Режим работы цеха

4.3 Расчет производительности по технологическим переделам

4.4 Материальный баланс

4.5 Выбор и обоснование технологической схемы производства

4.6 Выбор технологического оборудования

Выводы по главе

Глава 5 Архитектурно-строительная часть

5.1 Обоснование выбора площадки строительства

5.2 Генплан

5.3 Объемно-планировочное решение цеха

5.3.1 Привязка конструктивных элементов к разбивочным осям

5.3.2 Внутренняя планировка цеха

5.3.3 ТЭП объемно планировочного решения

5.4 Конструктивное решение цеха

5.5 Основные элементы каркаса

5.5.1 Фундаменты и фундаментные балки

5.5.2 Колонны

5.5.3 Стропильные конструкции

5.5.4 Подвески кранов

5.5.5 Стеновые ограждения

5.5.6 Покрытия и кровля цеха

5.5.7 Полы

5.5.8 Ворота

5.5.9 Окна

5.6 Теплотехнический расчет

Выводы по главе

Глава 6 Автоматизация процесса тепловлажностной обработки

6.1 Основные задачи управления процесса пропаривания

6.2 Описание системы автоматизации процесса пропаривания

Выводы по главе

Глава 7 Управление качеством

Выводы по главе

Глава 8 Экономические расчеты. Техника безопасности и охрана окружающей среды

8.1 Экономические расчеты

8.2 Техника безопасности и охрана окружающей среды

8.2.1 Техника безопасности

8.2.2 Требования к рабочим местам и оборудованию

8.2.3 Пожарная безопасность

8.2.4 Охрана водоемов

Выводы по главе

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Аннотация

Производство кирпича на основе техногенных продуктов металлургии (П=15 млн. шт. в год): Дипломный проект с элементами научно-исследовательской работы по специальности «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» (270106). – Новокузнецк, 2008. – с. 145, 74 таблицы, 44 рисунка, 9 листов чертежей, 47 источников.

В дипломном проекте проведен анализ литературного и патентного обзора по проблеме получения кирпича на основе техногенных продуктов металлургии. Приведены результаты исследования свойств сырьевых материалов: доменного гранулированного шлака ЗСМК, пыли газоочистки известкового производства, отработанной формовочной смеси, пигмента – отхода метизного производства, добавки – ЛСТ. Разработан состав и приведены свойства декоративного шлакового цемента. Разработана технология производства кирпича на основе техногенных продуктов металлургии. Описаны архитектурно-строительные решения цеха. Выполнен теплотехнический расчет стеновой конструкции. Рассмотрены вопросы управления качеством и автоматизации процесса тепловлажностной обработки. Произведен экономический расчет предприятия. Решены вопросы по охране труда и технике безопасности, предусмотрены мероприятия по охране окружающей среды

Введение

Декоративный шлаковый кирпич представляет собой искусственный стеновой строительный материал, изготовленный методом прессования из смеси вяжущего вещества и заполнителя и отвердевший в процессе тепловлажностной обработки.

В настоящее время, пожалуй, нет ни одной страны в мире, которая не производит или не применяет кирпич на основе отходов промышленности в строительстве. Применение такого сырья способствует решению таких задач как, например, обеспечение охраны окружающей среды, рациональное использование сырьевых ресурсов, снижение энергоемкости строительства и повышение производительности труда.

НКМК и ЗСМК вырабатывают ежегодно около 5 млн. тонн доменных шлаков, целенаправленная технологическая реализация которых позволит снизить дефицит сырья и стоимость строительных материалов в частности в Кузбассе.

Целью данной работы является разработка составов и способов получения кирпича на основе техногенных продуктов металлургии.

Задачи работы:

Провести литературный и патентный обзор о получении декоративного шлакового кирпича и использовании металлургических отходов для его производства;

Исследовать и описать основные свойства сырьевых материалов;

Разработать состав декоративного шлакового кирпича и изучить факторы, влияющие на его свойства;

Запроектировать цех по производству кирпича на основе техногенных продуктов металлургии производительностью 15 млн. шт. в год;

Выполнить технологические расчеты и подобрать оборудование;

Описать архитектурно-строительную часть предприятия;

Выполнить экономические расчеты;

Описать мероприятия по охране окружающей среды и технике безопасности.

Литературный и патентный обзор по проблеме получения кирпича на основе техногенных продуктов металлургии

1.3 Способы образования доменного шлака

Доменный шлак получается при выплавке чугуна. Из 1,72 т железной руды и плавней, 1,3 т топлива, 60 т воды и воздуха получается 1 т чугуна и 0,60,7 т шлака, которые рекомендуются и применяются для производства строительных материалов [2325]. Поскольку у стекловидных шлаков гидравлическая активность повышенная, доменные шлаки, предназначенные для изготовления вяжущих веществ, гранулируют, то есть быстро охлаждают водой, паром или воздухом.

В настоящее время применяется три способа грануляции шлаков: мокрый, полусухой и сухой [26]. Мокрый способ получил наибольшее распространение. Он основан на свойстве раскаленных шлаков растрескиваться под действием термических напряжений, а также разбрызгиваться за счет микровзрывов при соприкосновении расплава с водой с образованием гранул шлака. Однако гранулированный шлак, полученный мокрым способом, при сливе из ковша в заполненный водой бассейн содержит до 2530% влаги, которая при хранении и транспортировке в зимнее время затрудняет и удорожает погрузку и выгрузку, является причиной смерзания масс. Расход воды при такой грануляции составляет около 3 м3/т, и для сушки продукта перед помолом требуется сухая грануляция шлака.

Полусухой способ грануляции более эффективен. Его осуществляют в барабанных, гидроударных, гидрожелобных и других установках. Наиболее эффективны гидрожелобные установки. При этом расплав из шлаковозного ковша сливается в ванну, далее он попадает в грануляционный желоб, где подхватывается пучком сильных струй воды, выбрасываемых из отверстий насадки или щелевидных отверстий, охлаждается, разбивается на гранулы и поступает на приёмную площадку. Отсюда шлак забирают грейферным краном.

Сухая грануляция шлака по схеме, предложенной Н.А.Семененко, происходит внутри большого бункера во встречном потоке вдуваемого снизу холодного воздуха. Гранулированный шлак подается из нижней части камеры-бункера. При начальной температуре шлака 12001300oC холодный воздух в процессе движения вверх нагревается до 800900oC, а затем используется в котле-утилизаторе.

При быстром охлаждении шлаков формируется преимущественно стекловидная (аморфная) структура и образуются гранулы с размером до 0,51 см. Установлено, что активность металлургического шлака зависит от температуры расплава в момент грануляции, на которую влияет время выдержки в ковшах огненно-жидкого шлака до грануляции. Так, при относительно жидких температурах расплава (13801420oC) получаются шлаки с пониженной активностью, гидравлическая активность которых резко возрастает при температурах расплава 14201480oC, достигая максимума в области температур начала образования кристаллической фазы. Снижение температуры шлакового расплава с 1538 до 1479oC также снижает активность шлака до 40%. Грануляция при высоких температурах расплава (1600oC и выше), наоборот способствует снижению активности шлака [26]. Итак, при температуре грануляции менее 1300oC активность доменного шлака относительно низкая.

Шлаковое стекло по химическим и физическим свойствам существенно отличается от закристаллизованных шлаков. В зависимости от содержания в шлаке оксида кальция они делятся на «основные» (Мо>1) и «кислые» (Мо<1). Молотый высококальциевый гранулированный (стекловидный) шлак при взаимодействии с водой способен твердеть, образуя прочный камень, подобно цементному. Процессы твердения могут протекать при температуре 1820oC, но более интенсивно идут при повышенной температуре и в присутствии таких активизаторов твердения как известь, гипс и др.

Кислые шлаки проявляют скрытые вяжущие свойства, поэтому для повышения активности шлаков, применяемых для изготовления вяжущего, все огненно-жидкие шлаки подвергаются резкому охлаждению и применяются различные способы активизации с целью применения их в производстве строительных материалов [14,27,28].

Итак, полусухая грануляция шлака является более прогрессивным методом образования доменного шлака, за счет меньшего расхода воды и высокой производительности.

Активной составляющей доменных шлаков является двухкальциевый силикат. Но активность шлака зависит от температуры расплава в момент грануляции. При низких температурах (около 1300оС) шлак получается с пониженной активностью, необходимо применение мероприятий по активизации шлаковой системы.

Решение задачи предварительного отбеливания, активизации шлака и разработки параметров получения декоративного мелкозернистого бетона на его основе является актуальной.

1.4 Отбеливание и активизация доменного гранулированного шлака

Декоративность растворов и бетонов обеспечивается чаще применением цветного цемента. Наиболее эффективный способ его получения – применение белого клинкера, в котором ограничено количество красящих оксидов: Fe2O3, MnO, Cr2O3. В металлургических шлаках эти оксиды входят в состав металлических включений, которые в шлаковом расплаве относятся к тяжелым фракциям. Таким образом, степень белизны шлака зависит от содержания в них элементов красителей, называемых хромофорами. Хромофорами являются Fe, Ni, Mn, Cr, Ti, Cu и другие. Первое место среди хромофоров занимает железо в виде Fe2O3. Оно придает интенсивный цвет – красный, бурый, желтый. Оксид железа FeO дает зеленоватые и голубоватые цвета [3]. Расплав, находясь в определенном термодинамическом состоянии, подвергаясь резкому охлаждению водой при грануляции, скачкообразно вызывает энергетическое изменение в системе. Отбеливание шлака объясняется изменением координации красящих оксидов и снижением степени окисления железа, образованием бесцветных кристаллов. При анализе химического состава доменных гранулированных шлаков двух металлургических комбинатов Кузбасса, заводов НКМК и ЗСМК, установлено, что содержание железистых примесей Fe2O3 доходит до 3,7 %. Выдвинута гипотеза, что при выдержке расплавленного шлака в ковшах более тяжелые фракции выпадут в осадок.

Для повышения качества изделий из бетона разработано множество способов управления механическими и физико-химическими свойствами дисперсных систем. Процессы направленного структурообразования в таких системах возможны лишь в условии непрерывного разрушения структур с обратимыми контактами между частицами дисперсной фазы. Изменение энергетического состояния вещества при этом принято называть активизацией. Наиболее известными способами активизации являются: механическая, химическая и тепловая.

Перспективным способом является механическая активизация шлака. Для разрушения природной структуры и улучшения свойств сырья и добавок применяются следующие способы измельчения: "свободный" удар (дезинтегратор, молотковая дробилка, шахтная мельница); "стесненный" удар (шаровая и стержневая мельницы); сжатие со сдвигом (бегуны) [28]. Работа дезинтеграторов, молотковых дробилок приводит к большому пылеобразованию. Шахтная молотковая мельница приводит к высокому расходу электроэнергии.

Одним из основных и наиболее распространенных методов регулирования структурно-механических свойств минеральных дисперсий является химическая активизация шлака, заключающаяся в том, что в дисперсионную среду вводятся ПАВ, электролиты или водорастворимые полимеры – универсальные регуляторы свойств технических дисперсий.

Например, Автономов И.В., Зайцев А.Г. и Ришес А.В. из ОАО "Поиск" запатентовали (патент №2131856) способ приготовления бетонной смеси, отличающийся тем, что предварительно вводят 520% ПЦ от его общей массы в порошкообразный бентонит и производится их перемешивание, после чего вводят концентрированный раствор суперпластификатора С-3 и осуществляют перемешивание до однородной смеси, после чего вводят щебень и песок, выдерживают в течение 510 мин и осуществляют окончательное перемешивание до однородной смеси. Бабаев Ш.Т., Лысков Л.И., Башлыков Н.Ф. и др. из войсковой части № 89515 изобрели (патент №2042653) способ приготовления бетонной смеси включающий предварительную обработку цемента с суперпластификатором в количестве 2,520% массы цемента при механическом воздействии 30120 Вт на 1 кг обрабатываемой смеси в течение 2,03,6·104с с последующим перемешиванием с заполнителем и водой.

С целью решения проблемы повышения активности металлургических шлаков в Черкасском филиале Киевского политехнического института разработаны эффективные способы улучшения их химико-минералогического состава и управления физико-химическими процессами гидратации и твердения, которые позволяют предотвратить пресыщение жидкой фазы шлака известью, образование экранов и плёнок на реакционно-способных минералах и интенсифицировать растворение и усвоение твёрдой фазой исходных вяжущих веществ и минералообразование [29]. Оптимизация химико-минералогического состава гранулированного доменного шлака достигается введением в требуемом количестве полиминеральных добавок, в качестве которых могут служить золы, отходы обогащения железистых и марганцевых руд, известняки, суглинки и горелые породы угольных терриконов. В зависимости от физико-химических свойств и характера влияния на процессы гидратаций и твердения гранулированного шлака полиминеральные добавки разделены на 3 класса:

1. Добавки активные – гидравлические (сами по себе обладающие слабо выраженными вяжущими свойствами) доменные отвальные шлаки. Активизация ими гранулированного шлака происходит благодаря проявлению вяжущих свойств минералами, входящими в состав добавок. При этом достигается подбор оптимального химико-минералогического состава, отвечающего максимальной активности смешанного вяжущего.

2. Добавки активные (гидравлические), не проявляющие вяжущих свойств: золы от сжигания углей, горелые угленосные породы, керамические отходы (черепичный, кирпичный бой). Частично растворяясь в воде и адсорбируя из жидкой фазы ионы кальция, добавки интенсифицируют физико-химические процессы гидратации и твердения гранулированного шлака. Например, при замещении горелыми угленосными породами 50% граншлака прочность композиции за 28 суток выросла до 12 МПа при активности шлака 8,2 МПа, а через 90 суток составила 21,3 МПа.

3. Добавки – адсорбенты (активаторы): известняки, отходы обогащения железной и марганцевой руд, суглинки с Wп ≤ 17. Адсорбируя из жидкой фазы ионы кальция, они интенсифицируют растворение исходных вяжущих веществ. Известняк, являясь подложками и центром кристаллизации шлакового стекла, активизирует процесс кристалообразования и формирования структуры шлакового камня. При оптимальном количестве (60%) известняк в 2,7 раза повышает активность гранулированного шлака. Активизация последнего отходами обогащения железных руд, содержащих 52…70% кварца, в отличие от чистого кварца происходит в результате действия на кварц катионов многовалентных металлов минералов, содержащихся в рудной фазе отходов. Т.е. добавки – адсорбенты оказывают каталитическое воздействие на процессы гидратации и твердения граншлака. Например, при замещении отходами обогащения железной руды 30…40% граншлака прочность образцов увеличивается в 1,3…2 раза [28].

На основе молотого доменного шлака и горелой породы с коэффициентом гидрофильности 6…18, государственный дорожный научно – исследовательский институт запатентовал вяжущее (патент № 1815255). Соотношение компонентов, % по массе:

Молотый доменный граншлак 15…25

Молотая горелая порода 20…25

Цементная пыль уноса 40…60

Фосфогипс дигидрат 5…10

Для повышения гидравлической активности и белизны шлака Казахским химико-технологическим институтом разработана и запатентована (патент №1689317) установка для обработки шлакового расплава водяным паром.

Интересен также способ обработки шлака (патент №1678793), предложенный Государственным всесоюзным проектным и научно-исследовательским институтом цементной промышленности. Этот способ предлагает введение в струю огненно-жидкого расплава шлака 1…5 % по массе цементной пыли с отходами гравитационного углеобогащения и грануляцию расплава.

1.5 Основные требования к декоративному шлаковому кирпичу

В России стеновые материалы производят на 4731 предприятии. По сравнению с 1998 г. в 1999 г. производство стеновых материалов возросло на 11%. Выпуск эффективных стеновых изделий в настоящее время составляет около 18% общего объёма выпуска [30].

Средние расчётные конструктивно-типологические потери тепла в отапливаемых зданиях состоят из потерь: через окна и двери (33%); чердак и перекрытие над техподпольем (22%); стены (45%). [31].

Изменениями в СНиП II379 "Строительная теплотехника" с 2000г. предусматривается повышение термического сопротивления ограждений в 3…3,5 раза. Для выполнения этого требования толщину стен из керамзитобетона со средней плотностью 950 кг/м3 следует увеличить с 390 до 500…700 мм, а из кирпича со средней плотностью 1500 кг/м3 – с 510…640 до 1000…1200 мм, что с точки зрения нереально. Поэтому настоятельно требуются стеновые конструкции с использованием высокоэффективных и долговечных теплоизоляционных материалов.

Вновь построенные здания в средней полосе России требуют на отопление 1 м2 площади в среднем около 500 кВт⋅ч, в Германии – 250, а в Швеции и Финляндии – 135. На содержание 1 м2 общей площади жилого здания в России тратится 84 кг условного топлива в год, а в Швеции, например, 27 кг [33].

В таких крупных металлургических центрах как город Новокузнецк с чётко выраженной специализацией на металлургическую отрасль остро встаёт вопрос об утилизации промышленных отходов (занято отвалами шлака и хвостохранилищами более 1097 Га), в том числе и на нужды строительной отрасли (производство вяжущих, различных стеновых материалов, применение в качестве заполнителей).

Декоративный шлаковый кирпич представляет собой искусственный стеновой строительный материал, изготовленный методом вибропрессования из смеси вяжущего вещества и заполнителя и отвердевший под действием тепловлажностной обработки в пропарочных камерах. Изделия относят к группе негорючих строительных материалов по ГОСТ 30244. Безобжиговый лицевой и рядовой кирпич разделяют на одинарный и полуторный. Одинарный кирпич выпускают размерами 250×120×65 мм. Изготовляют полнотелый и пустотелый одинарный кирпич, неокрашенный или окрашенный в различные цвета. По фактуре лицевой поверхности изделия изготовляют гладкими с декоративным покрытием; по цвету – неокрашенными, имеющими цвет сырья, из которого они изготовлены, или окрашенными, – из окрашенной смеси или с поверхностной окраской лицевых граней. Полуторный кирпич выпускают размерами 250×120×88 мм с массой кирпича до 4,3 кг [1].

В зависимости от предела прочности при сжатии безобжиговый кирпич согласно ГОСТ 379–95 изготовляют марок: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300. Прочность сцепления декоративного покрытия с поверхностью лицевых изделий должна быть не менее 0,6 МПа (6 кгс/см2). По морозостойкости изделия изготовляют марок: F15, F25, F35, F50. За марку по морозостойкости принимают число циклов попеременного замораживания и оттаивания, при которых в изделиях отсутствуют признаки видимых повреждений (шелушение, расслоение, выкрашивание и др.), а снижение прочности при сжатии не превышает 25% для рядовых и 20% для лицевых изделий.

Прочностные показатели, точность геометрических размеров, четкость граней, повышенная морозостойкость позволяет применять декоративный шлаковый кирпич в качестве лицевого для фасадов зданий. Изделия должны маркироваться в каждом штабеле (пакете) по одному в среднем ряду.

На изделие наносится несмываемой краской при помощи трафарета или штампа товарный знак предприятия-изготовителя. Условное обозначение изделий состоит из названия, вида и назначения, марки по прочности и морозостойкости, обозначения настоящего стандарта.

Для проверки соответствия изделий требованиям настоящего стандарта проводят приемосдаточные и периодические испытания. Приемосдаточные испытания осуществляют по следующим показателям: внешний вид (наличие дефектов внешнего вида), размеры и правильность формы, наличие включений в изломе и на поверхности, наличие проколов и дефектов от непогасившейся смеси, цвет (оттенок цвета), масса изделия, предел прочности при сжатии и при изгибе.

Выводы по главе 1

1. Безобжиговый декоративный шлаковый кирпич представляет собой искусственный стеновой строительный материал, изготовленный методом вибропрессования из смеси вяжущего вещества и заполнителя и отвердевший в процессе тепловлажностной обработки в пропарочных камерах.

2. Производство безобжигового кирпича в России началось еще в ХIХ веке и с тех пор постоянно усовершенствуется как в технологии, так и в использовании сырьевых материалов.

3. Проведенные исследования позволили внедрить в качестве сырья для производства безобжигового кирпича многие виды промышленных отходов, например шлаки черной и цветной металлургии.

4. НКМК и ЗСМК вырабатывают ежегодно около 5 млн. тонн доменных шлаков, целенаправленная технологическая реализация которых позволит снизить дефицит сырья и стоимость строительных материалов в частности в Кузбассе.

5. Более эффективным способом создания декоративности растворов и бетонов является использование цветного цемента, так как удельный расход его в составе фактурного слоя мал, а цветность оказывается достаточно интенсивной.

6. Возможность варьирования цвета клинкера – изменение валентности красящих оксидов из Fe+3 в бесцветный Fe+6 путем резкого одноступенчатого понижения температуры клинкера водой.

7. Доменный шлак применяется для изготовления шлакопортландцемента, строительных растворов, бетонов, обладающих повышенной антикоррозионной стойкостью, прочностью и жаростойкостью.

8. Различают три способа грануляции шлаков: сухой, полусухой и мокрый, где полусухая грануляция шлака является более прогрессивным методом образования доменного шлака, за счет меньшего расхода воды и высокой производительности.

10. Существует три способа активизации шлаков: механический, химический и тепловой.

11. Безобжиговый лицевой и рядовой кирпич разделяют на одинарный и полуторный. Изготовляют полнотелый и пустотелый одинарный кирпич, неокрашенные или окрашенные в различные цвета, гладкими с декоративным покрытием. В зависимости от предела прочности при сжатии безобжиговый кирпич изготовляют марок: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300.

Выбор и обоснование технологической схемы производства

Выбор технологической схемы производства зависит от физических и химических свойств сырьевых материалов, номенклатуры, типа и размеров выпускаемой продукции, технических условий на выпускаемую продукцию, объема выпускаемой продукции в год, а также от технологического оборудования [41].

Производство стеновых материалов при данном формовочном комплексе «Рифей - Универсал» может быть организованно только способом полусухого вибропрессования.

Установка по производству кирпича «Рифей - Универсал» обеспечивает точные размеры, грани, гладкую поверхность формуемого изделия, служит совершенной опалубкой при формовании кирпича.

Применение установки «Рифей - Универсал» объясняется возможностью формования других изделий, таких, как тротуарная плитка различных размеров и конфигураций, что можно достичь путем смены матрицы и пуансона.

Таким образом, применение установки «Рифей - Универсал» позволяет производить продукцию различной номенклатуры при незначительных затратах времени и денег на переналадку оборудования.

Граншлак автотранспортом доставляется в приемный бункер на котором установлена наклонная сетка с ячейкой 10 мм, из которого посредством ковшового элеватора и ленточного транспортера загружается в расходный бункер. Вяжущее доставляется пневмотранспортом из соседнего цеха по производству декоративного шлакового цемента и загружается в бункер, из которого пневмотранспортером производится загрузка в расходный бункер. Вода подается по трубопроводу через дозатор в вибросмеситель.

Из приемных бункеров каждый материал проходит дозирование на весовых дозаторах и поступает вибросмеситель, где все компоненты тщательно перемешиваются до однородной массы.

После перемешивания полусухая масса выгружается на транспортер, который подает бетонную смесь на реверсивный конвейер и далее в расходные бункера формовочных установок «Рифей - Универсал».

Формование осуществляется на формовочном комплексе «Рифей - Универсал» в несколько операций, проводимых со стационарного пульта установки:

опускание матрицы;

заполнение матрицы полусухой смесью при помощи загрузчика;

опускание пуансонов;

вибропрессование;

поднимание матрицы;

поднимание пуансонов.

Изделия находятся на металлическом поддоне, который передвигается при помощи цепного конвейера на один шаг, соответствующий ритму формования, а на его место устанавливается следующий поддон. После формования поддон с изделиями подается к вертикальной многоэтажной этажерке. После заполнения этажерки поддонами с отформованными изделиями, ее транспортируют в пропарочную камеру для тепловлажностной обработки.

Для пропаривания изделий используются наземные камеры тупикового типа. Отформованные изделия выдерживаются в течение 1…4 часов, а затем подвергаются тепловой обработке в течение 8…12 часов, обогрев ведут при помощи электротенов. Для предотвращения высыхания изделий применяется орошение водой из оросительных форсунок, в соответствии с нормами по электробезопасности.

После выдержки рамки с изделиями доставляют на пост распалубки, где изделия с металлических поддонов снимаются вручную и укладываются на деревянные поддоны в штабель. Металлические листы чистят и смазывают, после чего при помощи кран - балки переносятся на пост формования.

Вывоз готовой продукции с площадей цеха осуществляется погрузкой поддонов на автотранспорт с помощью кран-балки (Q=3,2 т).

Выводы по главе 4

1. На проектируемом предприятии по производству декоративного шлакового кирпича мощностью 15 млн. шт. в год, предполагается работа основного оборудования в две смены. Режим работы отделения тепловлажностной обработки принят в три смены. Годовой фонд рабочего времени составляет 3643 часов.

2. Для нормальной работы цеха по производству декоративного шлакового кирпича необходимо основного сырья:

- декоративный шлаковый цемент - 17488 т/год;

- гранулированный шлак ЗСМК – 59617 т/год.

3. Подобрано следующее технологическое оборудование: кранбалка, дозатор ВДЦ120, дозатор ДЖ200, ленточный конвейер, вибросмеситель ВСМЛ300, транспортер бетонной смеси, вибропресс «РифейУниверсал», рассчитаны наземные камеры ТВО.

4. Пропарка изделий осуществляется в наземных камерах тупикового типа. Из-за отсутствия пара тепловлажностная обработка производится электротенами. Весь процесс тепловлажностной обработки автоматизирован, что повышает эффективность производства.

Архитектурно-строительная часть

Значительная часть промышленных зданий и сооружений возводится по типовым проектам. Типизация заключается в постоянном отборе наиболее универсальных для данного периода объемно-планировочных и конструктивных решений, дающих наибольший экономический эффект, в строительстве и эксплуатации зданий. Современные типовые здания и сооружения обладают высокой степенью унификации – подготовки к возведению. Унификация осуществляется путем применения наиболее экономичных и универсальных элементов зданий, отобранных в соответствии с возможностями заводовизготовителей, простотой перевозки, монтажа и т.п. критериями.

Конструкции, изготовляемые отечественными заводами, унифицированных изделий для всех частей зданий постоянно развиваются и совершенствуются. Они производятся на основе единой номенклатуры унифицированных изделий, утверждаемой комитетом по делам строительства.

5.3 Объемно-планировочное решение цеха

1. Данный цех представляет собой панельное одноэтажное однопролетное здание, имеющего простую прямоугольную форму в плане с размерами 24×48м и с шагом основных колонн по крайним и средним рядам 6 м. Каркас здания железобетонный. Здание в осях А-В оборудовано кран-балкой – 3,2т.

2. За относительную отметку принята отметка уровня чистого пола производственного корпуса.

3. Металлические конструкции запроектированы в соответствии с требованиями: СНиП 2.01.0785 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования», СНиП П2381 «Стальные конструкции. Нормы проектирования».

5.3.2 Внутренняя планировка цеха

По типу подъемно-транспортного оборудования данное промышленное здание относится к зданию без опорных кранов.

Размеры здания в плане 24×48 м. По объемно-планировочному решению здание представляет собой схему пролетного типа. Шаг колонн по наружным и внутренним осям 6 м. Высота от чистого пола до низа несущих стропильных конструкций H=9,6 м.

Внутрицеховой транспорт – кран-балка грузоподъёмностью Q=3,2 т.

Согласно технологической схеме в здании предусмотрено трое ворот для колесного транспорта 2,55 т (размеры 4 ×3,5 м), оборудованы тепловой завесой.

Здание отапливаемое, с естественным освещением. Установлены санитарные узлы. Максимальное расстояние от самой удаленной точки цеха до санузлов составляет не более 54 м, что отвечает санитарно-гигиеническим требованиям.

5.5.8 Ворота

Предусмотрены шторные ворота серии ПР0557 с размерами 4,5×3,5 м.

5.5.9 Окна

Для проектируемого здания приняты стальные оконные панели. Устанавливается окна шириной 4,5 м и высотой 4,2 м. Остекление двойное, оконные переплеты выполнены из металлических профилей.

Выводы по главе 5

1. Проектируемое производственное здание – одноэтажное, однопролетное, при общей ширине здания 24 м и шага колонн 6 м. Высота здания до низа несущих конструкций 9,6 м. Общая длина здания 48 м.

2. На территории генерального плана расположены: производственный цех, цех по производству декоративного шлакового цемента, склад гранулированного шлака ЗСМК, административно-бытовой корпус, столовая, склад готовой продукции, гараж, ремонтно-механический цех, трансформаторная подстанция.

3. Конструктивная схема проектируемого здания каркасная пролетного типа, выполненная по рамносвязевой схеме.

4. Рассчитанная конструкция стены толщиной 727 мм удовлетворяет всем требованиям СНиП 23022003 «Тепловая защита зданий» и может применяться для строительства стеновых конструкций в городе Новокузнецке.

Автоматизация процесса тепловлажностной обработки

6.1 Основные задачи управления процесса пропаривания

Тепловлажностная обработка – наиболее эффективный из существующих способов ускорения твердения бетона. Она является важнейшей технологической операцией при производстве строительных материалов. Из всех видов тепловлажностной обработки основное место занимает пропаривание при атмосферном давлении.

Пропаривание изделий обычно ведут до получения не менее 50…70% марочной прочности. Полный цикл тепловлажностной обработки складывается из четырёх периодов: предварительного выдерживания до пропаривания, подъёма температуры в камере, изотермического прогрева, охлаждения изделий. Пропаривание ведут в температурном диапазоне 80…95°С в течении 8…12 часов.

На этапе подъёма температуры интенсивно нагреваются стены пропарочной камеры, пропарочные вагонетки (этажерки) и сами изделия. На этом этапе в результате значительных температурных перепадов между средой и поверхностью изделий возникают термические напряжения, которые при резком нагреве могут вызывать образование трещин в изделиях. Следовательно, как на этапе подъёма температуры, так и на этапе охлаждения изделий нужно придерживаться строго определённых температурных режимов и скорости их изменения.

Для обеспечения эффективного и автоматического пропаривания изделий применяют линии автоматизации процесса тепловлажностной обработки [44]. Основными контролируемыми параметрами процесса ТВО является:

- температура в пропарочных камерах;

- относительная влажность в камерах;

- расход электроэнергии на разогрев тэнов;

- расход воды на изменение влажности;

- температура материала при пропаривании.

Выводы по главе 6

1. Пропарка изделий осуществляется в наземных камерах тупикового типа. Из-за отсутствия пара тепловлажностная обработка производится электротенами. Весь процесс тепловлажностной обработки автоматизирован, что повышает эффективность производства.

2. По условиям технологического режима система автоматизации пропарочных камер должна обеспечивать: заданную температуру пропарочных камер с точностью ±5°С и заданную влажность воздуха в камерах с точностью ±2%.

Заключение

1. Безобжиговый декоративный шлаковый кирпич представляет собой искусственный стеновой строительный материал, изготовленный методом вибропрессования из смеси вяжущего вещества и заполнителя и отвердевший в процессе тепловлажностной обработки в пропарочных камерах.

2. Проведенные исследования позволили внедрить в качестве сырья для производства безобжигового кирпича многие виды промышленных отходов, например шлаки черной и цветной металлургии.

3. НКМК и ЗСМК вырабатывают ежегодно около 5 млн. тонн доменных шлаков, целенаправленная технологическая реализация которых позволит снизить дефицит сырья и стоимость строительных материалов в частности в Кузбассе.

4. Доменный шлак применяется для изготовления шлакопортландцемента, строительных растворов, бетонов, обладающих повышенной антикоррозионной стойкостью, прочностью и жаростойкостью.

5. Гранулированный доменный шлак ЗСМК получен способом полусухой грануляции на гидрожелобной установке. По химическому составу граншлак находится между I и II сортом (содержание Al2O3=10,36%; MgO=6,55%; TiO2=0,94%; MnO2=0,625%). Граншлак по составу на 90% состоит из стеклофазы. Характеристики, определяющие качество шлака следующие: К=1,51; Мо=1; Ма=0,27; Мк=0,997. Минералогический состав шлака: геленит, окерманит, псевдоволластонит, ортосиликат и др. Анализ химического состава граншлака с 1970 по 2001 г.г. свидетельствует о его стабильности и стойкости к силикатному и железистому распаду. Граншлаковый песок относится к пескам повышенной крупности (Мкр=3,39). Как сырье для изделий жилищного строительства шлак соответствует НРБ96, Аэфф=168±28 Бк/кг, что <370 Бк/кг.

6. В качестве кремнеземистого компонента используется отработанная формовочная смесь (отход литейного производста ЗСМК) с Мкр=1,26. ОФС состоит из кварцевого песка, глины и жидкого стекла, содержание кварца - до 80%. Она содержит активные силикатные и алюминатные составляющие.

7. В качестве щёлочного компонента использована пыль газоочистки известкового производства ЗСМК. Известковая пыль имеет высокую удельную поверхность (остаток на сите №008 менее 3%) в ней отсутствуют непогасившиеся зёрна, поэтому исключается возможность появления дутиков в готовых изделиях. Известковая пыль имеет насыпную плотность 660 кг/м3, а в уплотнённом состоянии 810 кг/м3. В химический состав входит: CaO, Ca(OH)2, CaCO3.

8. В качестве пигмента используется отход метизного производства (ОМП) красного цвета. Установлено оптимальное количество пигмента - до 5%, превышение указанного количества вызывает резкое снижение прочности.

9. Лабораторным путем методом математического планирования подобран оптимальный состав шлакового вяжущего: щелочной активизатор (известковая пыль) - 15…20%; активатор помола (отработанная формовочная смесь) - 3…6%; сульфатный активатор (сульфат аммония) - 3%; гранулированный шлак - остальное.

10. Подобран оптимальный состав шлакобетона: соотношение компонентов Вяжущее : Заполнитель – 1 : 3,5 (марка изделий 100) и 1 : 3 (марка изделий 150).

11. На проектируемом предприятии по производству декоративного шлакового кирпича мощностью 15 млн. шт. в год предполагается работа основного оборудования в две смены. Режим работы отделения тепловлажностной обработки принят в три смены. Годовой фонд рабочего времени составляет 3643 часов.

12. Для нормальной работы цеха по производству декоративного шлакового кирпича необходимо основного сырья:

- декоративный шлаковый цемент - 17488 т/год;

- гранулированный шлак ЗСМК – 59617 т/год.

13. Подобрано следующее технологическое оборудование: кранбалка, дозатор ВДЦ120, дозатор ДЖ200, ленточный конвейер, вибросмеситель ВСМЛ300, транспортер бетонной смеси, вибропресс «РифейУниверсал», камеры ТВО.

14. Пропарка изделий осуществляется в наземных камерах тупикового типа. Из-за отсутствия пара тепловлажностная обработка производится электротенами. Весь процесс тепловлажностной обработки автоматизирован, что повышает эффективность производства.

15. Проектируемое производственное здание – одноэтажное, однопролетное, при общей ширине здания 24 м и шаге колонн 6 м. Высота здания до низа несущих конструкций 9,6 м. Общая длина здания 48 м. Конструктивная схема проектируемого здания каркасная пролетного типа, выполненная по рамносвязевой схеме.

16. На территории генерального плана расположены: производственный цех, цех по производству декоративного шлакового цемента, склад гранулированного шлака ЗСМК, административно-бытовой корпус, столовая, склад готовой продукции, гараж, ремонтно-механический цех, трансформаторная подстанция.

17. Рассчитанная конструкция стены толщиной 727 мм удовлетворяет всем требованиям СНиП 23022003 «Тепловая защита зданий» и может применяться для строительства стеновых конструкций в городе Новокузнецке.

18. По условиям технологического режима система автоматизации пропарочных камер должна обеспечивать: заданную температуру пропарочных камер с точностью ±5°С и заданную влажность воздуха в камерах с точностью ±2%.

19. Методы управления технологическими процессами и процессами выполнения работ в области качества необходимы для того, чтобы выявлять причины отклонения технологического процесса или дефекта в готовой продукции, а также для повышения качества готовой продукции.

20. В результате расчетов получены следующие технико-экономические показатели цеха по производству декоративного шлакового кирпича производительностью 15 млн. шт.:

Капиталовложения 181366 тыс. руб.

Себестоимость товарной продукции 27927 тыс. руб./год

Себестоимость единицы продукции 1,86 руб./шт.

Чистая прибыль 67586,4 тыс. руб.

Срок окупаемости 2,1 года

21. Рассмотрены основные мероприятия по охране труда, технике безопасности, пожарной безопасности и охране водоемов.