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