Технология производства силикатного кирпича

32 27 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛ А РУСЬ Белорусский государственный экон о мический университет Кафедра технологии ИНДИВИДУАЛЬНАЯ РАБОТА на тему: Технология производства силика т ного кирпича Выполнил : Студент 1 курса МЭО, ДАЗ-1 Белокрилык Евгений Руководитель К о вг ан И.П. МИНСК, 200 7 СОДЕРЖАНИЕ Введен ие ………………………………………………………………………….. 3 1. Описание технологических процессов производства силикатного кирпича 1.1 Характеристика получаемой продукции ……………………………………4 1.2 Характеристика используемого сырья ………………………………………6 1.3 Характеристика технологии производства продукции …………………….8 2 . Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса производства силикат ного кирпича ……………………………………………… 14 3 . Уровень технологии технологического процесса производства силикатного кирпич а ………………………………………………………………………… ……17 4 . Структура технологического процесса ……………………………………. 20 Заключение ……………………………………………………………………….. 26 Л итература …………………………………………………………………………27 ВВЕДЕНИЕ Экономика Республики Беларусь представляет собой многоотраслевой народнохозяйственный комплекс, основой которого является индустрия. Быстрые темпы развития индустрии обусловлены широким применением достижений науки, техники и передовой технологии. Повышается технический уровень промышленного производства, расширяется номенклатура выпускаемых машин, станков, агрегатов, поточных линий, материалов, улучшается качество промышленной продукции, облегчаются условия труда, и растёт его производительность. В современных условиях производство строительных материалов является одним из важнейших направлений нашей отечественной промышленности. Это объясняется ежегодно повышающимися темпами строительства и дефицитом высококачественных стройматериалов. В решении этой проблемы важное место принадлежит производству силикатного кирпича, применение которого в строительстве уменьшает расход металла и дерева, обеспечивает высокую огнестойкость и долговечность зданий и сооружений, снижает стоимость и повышает технический уровень строительного производства. Стеновые пролеты, возведенные и з ячеистого силикатного кирпича , характеризуются сравнительно небольшой плотностью, достаточной прочностью, обладает хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами. Производство ячеистого силикатного кирпича позволяет снизить удельный расход сырья и материалов, затраты на которые составляют около 40% стоимости конструкции. Учитывая широкий диапазон применения в строительстве, достаточно низкую себестоимость при изготовлении, производство силикатного кирпича экономически оправдано. В строительном комплексе выделяют производство силикатного кирпича силосным способом. Именно этот вид производства и будет рассмотрен в данной работе. 1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСК их ПРОЦЕСС ов ПРОИЗВОДСТВА СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА 1.1 Характеристика получаемой продукции Силикатный кирпич – искусственный камневидный материал, получаемый путем прессования увлажненной смеси кварцевого песка и извести с последующим запариванием в автоклаве. [1] Силикатный кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда с размерами 250 Ч120Ч65 мм. Его изготавливают как сплошным, так и пустотелым. Выпускают также крупноразмерный кирпич (250 Ч120Ч88 мм) с пустотами. В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич делят на марки 75, 100, 125, 200, 250 и 300. Обычно предел прочности при сжатии и изгибе составляет 7,5 – 35 МПа. Средняя плотность у силикатного кирпича несколько выше, нежели у обычного глиняного, и составляет 1800 … 1900 кг/м 3 ; теплопроводность находится в пределах 0,81 … 0,87 Вт/(м·с). Водопоглощение кирпича должно быть не более 16% по массе. Насыщенный водой силикатный кирпич должен выдерживать 15 циклов переменного замораживания при температуре не менее -15°С и оттаивания в воде при температуре 15 ± 5°С.[1] При насыщении водой прочность силикатного кирпича снижается по сравнению с его прочностью в воздушно-сухом состоянии так же , как и у др у гих строительных материалов, и это, снижение обусловлено теми же причин а ми. Коэффициент размягчения силикатного кирпича при этом зависит от его макроструктуры, от микроструктуры цементирующего вещества и составляет обычно не менее 0,8.[6] Силикатный кирпич имеет светло-серую окраску. При использовании чистого кварцевого песка и щелочестойких пигментов можно получить изделия голубого, зеленоватого, желтого и других цветов. Себестоимость силикатного кирпича примерно на 25 … 35% ниже глиняного. Он широко применяется для кладки несущих стен промышленных и гражданских зданий, для столбов, опор и т.д. Однако по сравнению с обычным глиняным кирпичом силикатный кирпич имеет пониженную стойкость против воздействия некоторых агрессивных сред. Такой кирпич не следует использовать для кладки фундаментов и особенно в тех случаях, когда они подвержены воздействию сточных и грунтовых вод, содержащих активную углекислоту, т. к. под воздействием СО 2 углекислый кальций, содержащийся в кирпиче, переходит в легкорастворимый бикарбонат: СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3 ) 2 Силикатный кирпич нестоек против содержащихся в воздухе агрессивных газов, паров и пыли при относител ь ной влажности воздуха более 65%. Запрещается применять силикатный кирпич в изделиях и конструкциях, подверженных длительному воздействию нагрева до температур свыше 500°С Однако, разрешается применять силикатный кирпич марки 150 для кладки дымовых каналов в стенах, в том числе от газ о вых приборов, для разделок, огнезащитной изоляции и облицовки; марки 150 с морозостойкостью Мрз35 – для кладки дымовых труб выше чердачного пер е крытия. При длительном нагреве силикатный кирпич разрушается вследствие дегидрации гидросиликата и гидрооксида кальция. [1] Теплопроводность сухих силикатных кирпичей и камней колеблется от 0,35 до 0,7 Вт/(м 'С) и находится в линейной зависимости от их средней пло т ности, практически не завися от числа и расположения пустот. Испытания в климатической камере фрагментов стен, выложенных из с и ликатных кирпичей и камней различной пустотности, показали, что теплопр о водность стен зависит только от плотности последних. Теплоэффективные ст е ны получаются лишь при использовании многопустотных силикатных кирп и чей и камней плотностью не выше 1450 кг/м 3 и аккуратном ведении кладки (тонкий слой нежирного раствора плотностью не более 1800 кг/м 3 , не запо л няющего пустоты в кирпиче).[6] Силикатный кирпич обладает значительными технико-экономическими преимуществами, по сравнению с глиняным кирпичом; цикл его производства 15-18 ч (при барабанном способе), тогда как глиняного 5-6 дней и больше; расход условного топлива и трудовые затраты благодаря почти полной механизации процессов производства меньше примерно в 2 раза, а стоимость ниже на 15-40%.[1] 1.2 Характеристика используемого сырья Сырьем для производства силикатного кирпича служат кварцевый песок (92 … 94% от массы сухой смеси) и воздушная известь (6 … 8%, считая на активную СаО). Перед прессованием в изделия известково-песчаную смесь увлажняют до 7 … 9% по массе.[1] Кварцевый песок в производстве силикатных изделий применяют немолотый или в виде смеси немолотого и тонкомолотого, а также грубомолотого с содержанием кремнезема не менее 70%. Наличие примесей в песке отрицательно влияет на качество изделий: слюда понижает прочность, и ее содержание в песке не должно превышать 0,5%; органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность; содержание в песке сернистых примесей ограничивается до 1% в пересчете на SO 3. Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10%; они даже несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения глины в песке не допускаются, так как снижают качество изделий.[2] Форма и характер поверхности песка имеют большое значение для формуемости силикатной см е си и прочности сырца, а также влияют на скорость реакции с известью, нач и нающейся во время автоклавной обработки на поверхности песчинок. Форма зерен песка может быть окатанной (близкой к шарообразной).; полуокатанной (более во л нистые очертания); полуугловатой (неправильные очертания, острые ребра и углы притуплены); угловатой (острые ребра и углы). Поверхность песчинок может быть гладкой, корродированной и регенерированной. Последняя получ а ется при нарастании на песчинках однородного материала, например кварца на кварцевых зернах.[6] Для производства силикатного кирпича лучше применять горные (овражные) пески. Горные пески, состоящие из зерен острогранной формы с шероховатой поверхностью, более плотно соединяются с известью, чем речные, имеющие гладкую поверхность и окатанную форму зерен.[1] Прежде чем приступить к добыче песка, место добычи – карьер – необходимо предварительно подготовить к эксплуатации. Для этого снимают верхний слой, содержащий землю, пост о ронние предметы, глину, органические вещества и т. п. Добыча песка начинается после снятия вскрышных пород и производится одноковшовыми экскаваторами, оборудованными пр я мой лопатой с различной емкостью ковша. Песок, поступающий из забоя до его употребления в производство, должен быть отсеян от посторонних примесей – камней, комо ч ков глины, веток, металлических предметов и т. п. Эти примеси в процессе производства вызывают брак кирпича и даже поломки машин. Второй составной частью сырьевой смеси, необходимой для изготовления силикатного кирпича является известь.[6] Известь применяют в виде молотой негашеной, частично загашенной или гашенной гидратной с содержанием не более 5% MgO , так как магнезиальная известь гасится медленно. Пережог замедляет скорость гашения извести и даже вызывает появление в изделиях трещин, выпучиваний и других дефектов, поэтому для производства автоклавных силикатных изделий известь не должна содержать пережога.[2] Обычно используют быстрогасящуюся известь с содержанием около 70% активной СаО, время ее гашения не превышает 20 мин. Применение медленногасящейся извести снижает прои з водительность гасительных установок. Содержание недожженной извести не должно превышать 7%, так как она не активна и не влияет на твердение кирпича при запаривании, а является балластом, увеличивающим расход извести и удорожающим себестоимость г о товой продукции Известь нужно хранить только в крытых складских помещениях, пред о храняющих ее от воздействия влаги. Не рекомендуется длительное время хр а нить известь на воздухе, так как в нем всегда содержится небольшое количес т во влаги, которая гасит известь. Содержание в воздухе углекислого газа прив о дит к карбонизации извести, т. е. соединению с углекислым газом и тем самым частичному снижению ее активности. На всех стадиях производства силикатного кирпича применяют воду: при гашении извести, приготовлении силикатной массы, пресс о вании и запаривании кирпича-сырца, получении технологического пара. Причем применять жесткую воду, содержащую большое количество углекислых солей кальция и магния в промышленных целях, например для получения технологического пара, без предварительного ее умягчения нельзя, иначе при кипении воды на стенках промышленных котлов образуется накипь, которая выводит их из строя. При снабжении котлов мягкой водой у д линяется срок их службы. Вода при нагревании превращается в пар; если воду нагревать в закрытом сосуде, например в котлах, то она будет испаряться с поверхности и пар будет накапливаться в пространстве над поверхностью воды до тех пор, пока между водой и образующимся из нее паром не установится динамическое равновесие, при котором в единицу времени столько же молекул воды испаряется, сколько и переходит обратно в жидкость. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, из которой он образовался, называется насыщенным . В производстве силика т ного кирпича для гашения силикатной массы и для запаривания кирпича-сырца применяется насыщенный пар, который производится в котельных.[6] 1.3 Характеристика технологии производства продукции Производство силикатного кирпича ведут двумя способами: барабанным и силосным, - отличающимися приготовлением известково-песчаной смеси. В данной курсовой работе будет рассмотрен силосный способ производства силикатного кирпича.[2] Для получения сырьевой смеси (силикатной массы) требуемого качества необходимо правильно дозировать их. Дозу извести в силикатной массе определяют не по количеству извести в ней, а по содержанию той ее активной части, которая будет участвовать в реа к ции твердения, т. е. окиси кальция. Поэтому норму извести устанавливают в первую очередь в зависимости от ее активности. Молотую негашеную известь вводят в смесь в количестве 5-8% кварцевого песка – 92-95 %. При употребл е нии свежеобожженной извести без посторонних примесей и недожога колич е ство ее может быть уменьшено; если же в извести содержится большое колич е ство недожженного камня и посторонних примесей, а также если известь долго хранилась на воздухе, норма ее в смеси должна быть увеличена. Как недост а точное, так и излишнее количество извести в силикатной массе влечет за собой нежелательные последствия: недостаточное содержание извести снижает про ч ность кирпича, повышенное содержание удорожает себестоимость, но в то же время не оказывает положительного влияния на качество. Перед прессованием известково-песчаную смесь увлажняют небольшим количеством воды (до влажности 7%). . Недостаток воды приводит к неполному гашению извести; избыток воды, хотя и обеспечивает полное гашение, но создает не всегда допустимую влажность силикатной ма с сы. Иногда для повышения прочности кирпича в силикатную массу вводят различные добавки в виде молотого песка, глины и др. [6] При силосном способе предварительно перемешанную и увлажненную массу направляют в силосы. Силос представляет собой цилиндрический сосуд из листовой стали или железобетона; высота силоса 8 – 10 м, диаметр 3,5 – 4 м. В нижней части силос имеет конусообразную форму. Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортер, при этом происходит большоё выделение пыли. При вылеживании в силосах масса часто образует своды; причина этого – относительно высокая степень влажности массы, а также уплотнение и части ч ное твердение ее при вылеживании. Наиболее часто своды образуются в ни ж них слоях массы, у основания силоса. Для лучшей разгрузки силоса необход и мо сохранять как можно меньшую влажность массы. Гашение в силосах происходит 7 … 12ч., это в 10…15 раз больше, чем в барабанах, что является существенным недостатком силосного способа. Работа силоса протекает следующим образом. Внутри силос разделен п е регородками на три секции. Масса засыпается в одну из секций в течение 2,5 час., столько же требуется и для разгрузки секции. К моменту заполнения сил о са нижний слой успевает вылежаться в течение того же времени, т.е. около 2,5 час. Затем секция выстаивается 2,5 часа, и после этого ее разгружают. Таким образом, нижний слой гасится около 5 час. Так как разгрузка силосов происх о дит только снизу, а промежуток между разгрузками составляет 2,5 часа, то и все последующие слои также выдерживаются в течение 5 час в непрерывно действующих силосах. В случае образования свода при разгрузке силоса и пр е кращении поступления массы на ленточный транспортер категорически запр е щается рабочим находиться в силосе. Хорошо загашенную в силосе известково-песчаную массу подают в лопастный смеситель или на бегуны для дополнительного увлажнения и перемешивания и далее на прессование. Прессование кирпича производят на механических прессах под давлением до 15…20 МПа, обеспечивающим получение плотного и прочного кирпича. Отформованный сырец укладывают на вагонетку, которою направляют в автоклав для твердения. Автоклав представляет собой стальной цилиндр диаметром 2м и более, длиной до 20 м, с торцов герметически закрывающийся крышками.[2] Вмест и мость автоклава 12 вагонеток ( V =5965 м 3 ). Режим работы автоклава: - 1,5 час – подъём пара, - 5-6 час – выдержка, - 1-1,5 час – спуск пара. [6] Запаривание сырца в автоклаве (по П.И. Боженову) условно состоит из пяти этапов: 1) от начала пуска до установления в автоклаве температуры 100°С; 2) от начала подъема давления пара до установления максимально заданного; 3) выдержка изделия при постоянной температуре и давлении; 4) этап начинается с момента снижения давления и температуры до 100°С; 5) предусматривает остывание изделий до температуры 18 …20°С. [5] На первом этапе запаривания насыщенный пар с температурой 175 0 под давлением 8 атм. впускают в автоклав с сырцом. При этом пар начинает охл а ждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. На втором этапе после подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и пр е вращается в воду. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Роль пара при запаривании сводится только к сохранению воды в сырце в условиях высоких температур. При отсутствии пара происходило бы немедле н ное испарение воды, а следовательно, высыхание материала и полное прекр а щение реакции образования цементирующего вещества – гидросиликата. На третьем этапе под действием высокой температуры и влажности происходит химическая реакция между известью и кремнеземом по схеме: Ca(OH) 2 + SiO 2 = CaO·SiO 2 ·H 2 O Образующиеся в результате реакции гидросиликаты срастаются с зернами песка в прочный камень. Однако твердение силикатного кирпича на этом не прекращается, а продолжается после запаривания. На четвертом этапе происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, т. е. вода испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидрата окиси кальция и снижением температуры цементирующего вещества силикаты кальция становятся более основными. В результате усиливается твердение гидросиликатов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича. Прочность, водостойкость и морозостойкость силикатного кирпича увеличивается также при высыхании. Таким образом, полный технологический цикл запаривания кирпича в а в токлаве состоит из операций очистки и загрузки автоклава, закрывания и закр е пления крышек, перепуска пара; впуска острого пара, выдержки под давлением, второго перепуска, выпуска пара в атмосферу, открывания крышек и выгрузки автоклава. Совокупность всех перечисленных операций составляет цикл работы автоклава, который равен 10 – 13 час. Запаривание кирпича в автоклавах требует строгого соблюдения темп е ратурного режима: равномерного нагревания, выдержки под давлением и так о го же равномерного охлаждения. Нарушение температурного режима приводит к браку. Из автоклава силикатный кирпич поступает на склад.[6] Рисунок 1 Рисунок 1 .1 Блок-схема технологического процесса производства силикатного кирпича 1 – подготовка сырьевых материалов; 2 – приготовление известково-песчаной смеси; 3 – формирование (прессование) кирпича; 4 – выдерживание отформованных изделий в автоклаве. - предмет труда и побочные продукты на всех стадиях переработки - стадии переработки продукции (операции) - технологические (предметные) связи 2 . ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА Исходя из динамики трудозатрат, различают два возможных варианта развития технологического процесса – ограниченное и неограниченное. Для определения того, какой из вариантов реализуется, по имеющимся зависимостям Т ж ( t )= 2500 /( 27 t ^ 2+ 2700 ) и Т п ( t )=0,004 t ^2+0 ,4 , необходимо построить график изменения затрат живого, прошлого и совокупного труда. Для этого составим таблицу значений для Т ж , Т п и Т с : Таблица № 2 Т ж ( t )= 2500/(27 t ^ 2+ 2700 ) Тп( t )= 0,004 t ^2+0 ,4 Т ж (0)= 2500 / 2700 = 0,93 Тп(0)=0+0,4 =0, 4 Т ж (1)= 2500 / 2727=0,92 Тп(1)=0,004+0,4 =0, 404 Т ж (2)= 2500 / 2808 = 0,89 Тп(2)=0,0 16 +0, 4 =0, 416 Т ж ( 3 )= 2500 / 2943 = 0,85 Тп(3)=0,0 36 +0, 4 =0, 436 Т ж ( 4 )= 2500 / 3132 = 0,8 Тп(4)=0, 064 +0, 4 =0, 464 Т ж ( 5 )= 2500 / 3375 = 0,74 Тп(5)=0,1+0, 4 =0, 5 Т ж ( 6 )= 25003672 = 0,68 Тп(6)=0, 144 +0, 4 =0, 544 Т ж ( 7 )= 2500 / 4023 = 0,6 1 Тп(7)=0, 196 +0, 4 =0, 596 Т ж ( 8 )= 2500 / 4428 = 0,56 Тп(8)=0, 256 +0, 4 =0, 656 Т ж ( 9 )= 2500 / 4887 = 0,51 Тп(9)=0, 324 +0, 4 =0 724 Т ж (10)= 2500 / 5400 = 0,46 Тп(10)=0, 4 +0, 4 =0,8 Зависимость Т ж , Т п , Т с от времени t , где Т с = Т ж + Т п : Таблица № 3 t 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Т ж ( t ) 0,93 0,92 0,89 0,85 0,8 0,74 0,68 0,6 1 0, 56 0, 51 0, 46 Т п ( t ) 0,4 0, 404 0, 416 0, 436 0, 464 0, 5 0, 544 0 , 59 6 0, 656 0, 724 0,8 Т с( t ) 1, 33 1, 324 1, 306 1,286 1,264 1,24 1,224 1,2 06 1,216 1,234 1,26 Динамика трудозатрат при развитии технологического процесса Рисунок 5 32 27 По графику видно, что вариант развития технологического процесса – ограниченный. Значит, можно сделать вывод, что данный технологический процесс имеет рационалистическое развитие. Графически найдем экономический предел накопления прошлого труда. Он приблизительно равен 0, 6 . А граница рационалистического развития, до которого целесообразно накапливать прошлы й труд, приблизительно равна 7 . Теперь найдем экономический предел накопления прошлого труда аналитически : Т ж ( t )= 2500 /( 27 t ?2+ 2700 ) , Т п ( t )=0,00 4 t ^2+0 , 4 Т ж ’ ( t )= - 2500 * 27 *2 t / ( 27 t ^2+ 2700 )^2 Т п ’ ( t )= 0 , 0 08 t Т с = Т ж + Т п Т с ’ = Т ж ’ + Т п ’ Тс ’ = 0 ,0 08 t – 135 000 t /( 27 t ^2+ 2700 )^2 Т.к. Тс ’ = 0 , то 0,0 08 t - 135 000 t /( 27 t ^2+ 2700 )^2 = 0; 0,0 08 t = 135 000 t /( 27 t ^2+ 2700 )^2 ; 0,0 08 t *( 27 t ^2+ 2700 )^2 = 135 000 t ; ( 27 t ^2+ 2700 )^2 = 16875000 ; 27 t ^2+ 2700 = 4108 ; 27 t ^2 = 1408 ; t ^2 = 52,15 ; t 1 =- 7,2 ( не подходит по условию) ; t 2 = 7,2 ; t *