8. Расчет и подбор основного технологического оборудования

Для обжига керамического кирпича в дипломной работе используется туннельная печь производительностью 15 млн. штук условного кирпича в год или 48000 т/год условного кирпича. Продолжительность цикла обжига составляет 47 часов [51].

Полагаем, что печь работает 329 дней в году. Выход готовой продукции принимается 97%. Коэффициент использования оборудования (учитывая остановки печи) принимаем 0,97.

Находим часовую производительность печи:

Емкость печи будет равной: т

Размеры вагонетки принимаем следующие: ширина по футеровки 2,3 м; длина 3 м. Соответственно ширина печи в свету будет составлять В=2,4 м. Принимаем следующий тип садки: высота равна 1300 мм. Соответственно высота печи от уровня пода вагонетки составит 1800 мм. Вес садки на вагонетку G₁=7,39 т [44].

Далее определяем длину туннеля:

Количество вагонеток, находящихся в печи:

Принимаем n=41вагонетки, тогда длина печи составит . Количество вагонеток, выходящих из печи за час (скорость перемещения):

Следовательно, вагонетка должна выталкиваться из печи (или поступать в печь) через каждые или через 75 мин.

Объем печного канала, считая свод печи плоским подвесным, составит:

Плотность садки:

Удельная производительность печи, отнесенная к 1 м² площади пода вагонеток, будет равняться:

или 23 кг/м²∙ч [46].

Производительность печи составляет:

Количество вагонеток, выходящих из печи, равно:

Следовательно, техническая характеристика туннельной печи для обжига строительного кирпича будет выглядеть следующим образом (табл. 8.1):

Таблица 8.1 Техническая характеристика туннельной печи для обжига строительного кирпича

Основные показатели	Числовые значения
Производительность печи (при режиме обжига 47 ч), млн. шт. усл. кирпича в год	15000000
Вид топлива	природный газ
Длина печи, м	123
Ширина обжигового канала, м	2,4
Объем печного канала, м3	634
Длина технологических зон в м: подготовки обжига охлаждения	42 30 51

9. Организация технологического контроля

Современный этап производства керамического кирпича характеризуется расширением ассортимента, повышением качества, возрастанием единичной мощности технологических линий. Все это требует коренного совершенствования структуры, методов и средств контроля производства.

Любой контроль сводится к осуществлению двух этапов:

 получение первичной информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств;

 сопоставление первичной информации с заранее принятыми требованиями, нормами, критериями, обнаружение соответствия или расхождений фактических и требуемых данных, что дает вторичную информацию [39]. Вторичная информация используется для выработки соответствующих управляющих воздействий, совершенствование производства, повышения качества продукции и т.п.

Основными задачами системы контроля являются:

 определение качества поступающих на завод материалов;

 установление состава и свойств потоков материалов в процессе производства;

 слежение за параметрами технологического процесса по всем производственным переделам;

 контроль качества и сертификация (паспортизация) продукции;

 анализ и обобщение результатов контроля по всем переделам с целью совершенствования технологического процесса.

Для решения этих задач система контроля производства должна включать в себя ряд подсистем.

Подсистема общезаводского технологического контроля (центральная заводская лаборатория) должна обеспечивать определение состава и свойств исходного сырья, топлива, добавок, вспомогательных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции в объеме, достаточном для практического осуществления процесса оптимизации производства по всему заводу [42].

Подсистема оперативного технологического контроля (обслуживающий персонал основного производства, цеховые лаборатории) занимается определением состава и свойств материалов на входах и выходах конкретных технологических участков производства и контролем соответствия получаемых результатов, требуемым значениям. Объем определений здесь должен быть минимально необходимым и не требующим сложного оборудования для осуществления контроля.

Подсистема параметрического контроля (служба контрольно-измерительных приборов и автоматизированных систем управления, КИП и АСУ) оценивает состояние оборудования и режимы его работы, контролирует технологические параметры, измеряет расходы в технологических потоках, уровни в емкостях и т.д.

Подсистема технического контроля (отдел технического контроля, ОТК) обеспечивает контроль качества и соответствие выпускаемых материалов и изделий действующей нормативной документации (государственным или отраслевым стандартам, техническим условиям, стандартам предприятия), а также осуществляет сертификацию (паспортизацию) продукции. В функции ОТК входит не только фиксирование появления некачественной продукции, но и предупреждение подобных фактов. С этой целью ОТК контролирует качество поступающих на предприятие материалов, соблюдение установленной технологии, устанавливает причины, вызывающие брак и снижающие качество продукции. ОТК также оформляет необходимые акты и добивается устранения причин негативных явлений и их последствий. ОТК проводит свою работу в тесном контакте с заводской и цеховыми лабораториями [48].

Организация технологического контроля завода по производству керамического кирпича представлена в табл.9.1

Таблица 9.1

№	Контрольная операция	Место контроля	Периодичность контроля	Производство контроля	Исполнители
Контроль глины, отощающих и выгорающих добавок
1.	Качество вскрышных работ	карьер	ежесуточно	осмотр	мастер, технолог
2.	Качество глины, поступающей в производство	карьер, приемник бункера	в течение смены	осмотр	мастер, технолог
3.	Влажность глины	приемные бункера	1 раз в смену	высушивание до постоянного веса	технолог
4.	Наличие включений и их характер	приемные бункера	1 раз в смену	осмотр	технолог
5.	Наличие отощающих и выгорающих добавок	приемные бункера	1 раз в смену	замер поднятия шиберов бункера	мастер, технолог
Контроль процесса подготовки массы и формовки кирпича
6.	Правильность дозировки компонентов шихты	питатели	в течение смены	замер поднятия шиберов бункера	мастер, технолог
7.	Состояние глиноперерабатывающего оборудования	вальцы СМК-517,смеситель КРОК-38, глинорастиратель СМК-530	1 раз в неделю	осмотр, замер, поднятие шиберов бункера	механик, мастер, технолог
8.	Состояние шнеков прессов, зазора между рубанком и шнеками, состояние мундштука и его размеры	пресс СМК-502	1 раз в неделю	осмотр, замер	механик, мастер
9.	Влажность формовочной массы	брус	1 раз в сутки	высушивание до постоянного веса	технолог
10.	Состояние автомата резки кирпича	автомат СП-5М	в течение смены	осмотр, замер	мастер, технолог
11.	Размер и внешний вид кирпича-сырца	полуавтомат	в течение смены	осмотр, замер	мастер, технолог
Контроль процесса сушки
12.	Соблюдение графика загрузки сушильных вагонеток	сушильные вагонетки	в течение смены		мастер, технолог
13.	Проверка температуры теплоносителя	центральный канал сушила	в течение смены	замер	технолог
14.	Влажность кирпича-сырца после сушки	влажность сырца	ежесменно	высушивание до постоянного веса	технолог, мастер
15.	Выгрузка кирпича-сырца после сушки	влажность сырца	ежесменно	высушивание до постоянного веса	технолог
16.	Качество кирпича после сушки	сушильные вагонетки	ежесменно	разбраковка при выгрузке и после сушки по внешнему виду	технолог, мастер
Контроль процесса обжига
17.	Состояние печных вагонеток: футеровки, ходовой части.	печные вагонетки	в течение смены	визуально	мастер, технолог
18.	Правильность садки кирпича на вагонетки	печные вагонетки	в течение смены	визуально по схеме садки	мастер
19.	Ритмичность загрузки и выгрузки туннельной печи	туннельная печь	в течение смены	по журналу обжигания	мастер
20.	Контроль температурного режима	туннельная печь	в течение смены	замер	технолог
Контроль готовой продукции
21.	Прием готовой продукции и ее сортировка после приема	площадка готовой продукции	в 1-ю смену ежедневно	выбраковка по внешнему виду по ГОСТу 530-95	старший мастер, технолог
22.	Сдача готовой продукции	площадка готовой продукции	в 1-ю смену ежедневно	по ГОСТу 530-95	старший мастер, технолог
23.	Выдача паспортов на готовую продукцию	площадка готовой продукции	на каждую партию кирпича	Согласно протоколам и испытаниям	технолог

. Научно - исследовательская часть

.1 Обзор литературы

Доля керамических стеновых материалов в общем объеме промышленного и жилищного строительства достаточно высока. Это обусловлено невысокими эксплуатационными издержками, экологичностью, архитектурной выразительностью, долговечностью, относительной простотой при реставрации и ремонте сооружений.

Промышленность керамических строительных материалов является одной из самых материалоёмких отраслей народного хозяйства. Поэтому рациональное использование топлива, сырья и других материальных ресурсов становится решающим фактором её успешного развития в условиях проводимой экономической реформы. В связи с этим проблема применения в керамических материалах нетрадиционных добавок приобретает особую актуальность [10].

Известно, что в большинстве областей Казахстана отсутствуют или ограничены месторождения кондиционных глин, пригодных для производства керамического кирпича. В Казахстане керамические заводы в основном работают на лессовидных суглинках, относящихся к типу низкосортного отощенного сырья, исключающих возможность добавки к ним отощающих материалов или тугоплавких глин каолинит-монтмориллонитового состава, запасы которых крайне ограничены. Кроме того, широкое внедрение в керамическую промышленность по производству керамического кирпича автоматических линий, использование глинистого сырья Казахстана, по своим свойствам, значительно уступающим глинам Украины и России, обусловливает изыскание новых видов отощителей и плавней.

Отощающие материалы вводят в керамические массы для уменьшения усадки и деформации изделий при сушке. С увеличением содержания отощающих материалов облегчается перемещение влаги из глубинных слоев к поверхности, сокращаются продолжительность и стоимость сушки. В качестве отощающих материалов для керамических масс используют тонкомолотый кварц (содержание SiO₂ не менее 90%), полевой шпат, пегматит и нефелин-сиенит. Полевой шпат, пегматит, перлит и нефелин-сиенит являются, кроме того, плавнями, которые способствуют спеканию изделий. Запасы эффективных отощителей и плавней в Казахстане также ограничены [2].

Одним из аспектов решения проблемы по изысканию качественного сырья для производства керамического кирпича является использование нетрадиционных добавок.

Цеолитсодержащее сырье используется в промышленности строительных материалов сравнительно недавно из-за малого изучения применения сырья в данной промышленности. Природные цеолиты - новый вид минерального сырья. Цеолиты обладают уникальными адсорбционными и ионообменными свойства, химической и механической устойчивостью. Название "цеолит" происходит от двух греческих слов: "цео" - кипеть и "литос" - камень. Следовательно, цеолит - это кипящий камень, или камень, способный кипеть и, действительно, цеолиты способны значительно увеличиваться в объеме при резком нагревании [12,13].

Общим для всех минералов из группы цеолитов является наличие трехмерного алюмокремнекислородного каркаса, образующего системы полостей и каналов, в которых расположены щелочные, щелочноземельные катионы и молекулы воды. Катионы и молекулы воды слабо связаны с каркасом и могут быть частично или полностью замещены (удалены) путем ионного обмена и дегидратации, причем обратимо, без разрушения каркаса цеолита. Лишенный воды цеолит представляет собой микропористую кристаллическую "губку", объем пор в которой составляет до 50% объема каркаса цеолита. В чистом виде цеолиты бесцветны, но природные могут быть окрашены тонко рассеянными минеральными включениями (например, механические примеси окислов железа окрашивают цеолиты в красноватый цвет) (рис 10.1.1) [15-17].

Рис. 10.1.1 - Внешний вид цеолита и его микропористая структура.

Химический состав цеолитов представлен такими оксидами как: SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, CaO, MgO, Fe₂O₃ и другими. Из-за высокого содержания оксида кремния, составляющего около 70%, цеолитсодержащие породы могут использоваться в производстве строительной керамики в качестве отощающей добавки. Природные цеолиты также включают свыше 50 минералов. Их классифицируют по основным структурным типам. Различают группы анальцима, натролита, шабазита, морденита, фожазита, однако, наиболее распространены в природе лишь два - клиноптилолит и морденит[16].

Цеолитсодержащее глинистое сырье является полиминеральным и в основном сложено глинистыми минералами, цеолитами, кварцем, полевыми шпатами, иногда присутствует реликтовое вулканическое стекло, кальцит. Достаточная техническая прочность клиноптилолита, устойчивость к действию высоких температур, агрессивных сред, селективность к крупным катионам щелочных, щелочноземельных металлов, поглощающая способность и ситовый эффект - все это обуславливает широкое использование минерала. Однако для производства строительной керамики, содержание клиноптилолита не должно содержаться более нормируемой величины, иначе при термических превращениях клиноптилолита керамический черепок трескается.

Цеолит применяется практически во всех сферах жизнедеятельности человека от медицины до сельского хозяйства. Мировая добыча природных цеолитов в настоящее время оценивается в 3-4 млн. т в год. Из них только около 20% добываемых цеолитов используется в промышленности строительных материалов. Многие вскрышные цеолитсодержащие породы отправляются в отвалы и занимают плодородные земли. Но благодаря, проведенным опытам, цеолитсодержащие породы из отвалов могут быть использованы в производстве керамического кирпича. Данный кирпич отвечает всем физико-механическим характеристикам. Таким образом, использование цеолитсодержащей добавки в производстве строительной керамики не только повышает прочностные характеристики готовой продукции, но также улучшает экологическую проблему добычи природного цеолита [14,15].

Другой нетрадиционной добавкой в производстве керамического кирпича является волластонит, обладающий крупнокристаллической игольчато-волокнистой структурой, используемый для получения малоусадочных керамических изделий, отличающихся высокой прочностью, термо- и морозостойкостью. Большое внимание привлекает к себе и искусственный волластонит, получаемый из смесей кальций и кремнеземсодержащих компонентов. По своим свойствам синтезированный волластонит (рис 10.1.2) практически идентичен натуральному, а по некоторым показателям даже превосходит его [55,56].

Рис. 10.1.2 - Синтетический волластонит

Волластонит - метасиликат кальция (СаSiO₃) с характерной игольчатой структурой кристаллов, при раскалывании которых образуются зерна игольчатой формы. Игольчатая форма зерна волластонита определяет его основное направление использования в качестве микроармирующего наполнителя. Но в некоторых отраслях промышленности имеет значение и химический состав волластонита, т. к. он является одновременно источником СаО и Si0₂. Волластонит ценится за его белизну (90-97%) химическую инертность, игольчатость (15:1-20:1) высокую температуру плавления (1540⁰С) хорошие термоизоляционные свойства, низкую поглощаемость влаги и кислот.

Области применение волластонита довольно широки и разнообразны. Волластонит главным образом является перспективным наполнителем композиционный материалов, использующихся в ответственных отраслях промышленности: керамическая, в том числе в строительной, фарфорофаянсовой, санитарной керамики; стройиндустрии: цементная, стекольная промышленность, производство минеральной ваты, деталей машин и т.д. Основной областью применения волластонита в настоящее время является керамическая промышленность. Особый интерес представляет использование волластонита в производстве глазури, глазурной фритты, флюсов и цветных протрав (смальты) [57,58].

Следует подчеркнуть важную роль волластонита в производстве изделий строительной керамики. Добавление волластонита в качестве добавки ведет к повышению качества изделий, в первую очередь их прочности, и сокращению времени обжига, а также уменьшает количество брака при сушке и обжиге изделия. В США эта особенность материала оценена по достоинству, где более половины получаемого волластонита расходуется на изготовление кафеля.

Керамическая масса с добавкой волластонита обладает совершенно необычными свойствами. При нагревании до максимальной температуры шихта расплавляется лишь частично, не расплавившиеся остатки волластонитовых иголок создают плотный каркас, препятствующий изменению прежнего объема. Небольшая потеря объема обусловлена увеличением пор связующей глины, являющейся обязательным компонентом шихты (волластонит при плавлении и последующей кристаллизации практически не меняет объема). Последующая кристаллизация шихты при охлаждении изделия прочно скрепляет иголки между собой. Получающийся в результате керамический черепок обладает рядом свойств: во-первых, он практически сохраняет размеры, приданные ему при формовке, а, во-вторых, из-за большой пористости и "сетчатого" строения черепок, несмотря на низкую прочность, близкую к прочности фарфора, почти не бьется [59,60].

Требования к волластонитовому продукту зависят от области его применения. В керамической промышленности используется концентрат, в котором содержание волластонита должно быть не менее 80%, а примесь кальцита не должно превышать 5% [61]

Анализ источников литературы показал актуальность и необходимость применения нетрадиционных видов добавок, таких как природный цеолит и синтетический волластонит в производстве строительного кирпича. Добавки улучшат не только прочностные характеристики продукции, но и позволят экономить на процессах сушки и обжига [62].