Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологические процессы, производства и оборудование. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова
Кафедра прикладной химии
Утверждено
научно-методическим
советом
университета
О.В. Луценко
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,
ПРОИЗВОДСТВА И ОБОРУДОВАНИЕ
Учебное пособие для студентов специальности 220301
«Автоматизация технологических процессов
и производств»
Белгород 2012 г.
УДК 62-1/-9(07)
ББК 32.965я7
Л 86
Луценко О.В.
Л 86 Технологические процессы, производства и оборудование.
Учебное пособие / О.В. Луценко. – Белгород: Изд-во БГТУ,
2012. – 88 с.
В учебном пособии приводятся технологические схемы
производства основных видов строительных материалов. Детально
описаны сырьевые материалы силикатной промышленности.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности
220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».
УДК 62-1/-9(07)
ББК 32.965я7
©Белгородский государственный
технологический университет
(БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2012
1
Введение…………………………………………………………………...2
1. Анализ технологических операций при производстве
строительных материалов………………………………………….....7
Сырье для производства силикатных материалов……………7
Основы технологии вяжущих материалов…………………..12
Общая классификация вяжущих веществ……………..12
Производство известковых вяжущих материалов…….13
Производство портландцемента и его
разновидностей…………………………………………..21
Основы техноло гии керамики и огнеупоров…………..41
Классификация керамических материалов……………41
Производство изделий стеновой керамики……………43
Производство изделий тонкой строительной
керамики…………………………………………………55
Основы технологии стекла и изделий из него………………...64
Стеклообразное состояние и свойства стекол………....64
Сырьевые материалы и приготовление стекольных
шихт……………………………………...…66
Варка стекла. Теоретические основы
стекловарения……………………………………………73
Производство строительного стекла……………...……81
Список литературы…………………………………………………....88
2
Введение
Без силикатных материалов невозможно представить нашу
жизнь. Распространенность сырья, относительная простота технологии
в сочетании с высокими физико-техническими свойствами
получаемых изделий — механической прочностью, тугоплавкостью,
термостойкостью — обеспечили ведущее место силикатных
материалов не только в быту и строительстве, как это было тысячи
лет назад, но и в самых современных областях техники: авиации,
космонавтике, электронике, радиотехнике, атомной энергетике и др.
Жизнь людей тесно связана с силикатными материалами, так как в
основе их получения лежит самое распространенное в природе сырье –
оксид кремния. Содержание в земной коре кремнезема SiO2 — более
12%, кроме того, он входит в состав алюмосиликатов, составляющих в
свою очередь еще 75% земной коры. В природе семейство
силикатов насчитывает более 500 видов минералов. К этому перечню
можно добавить существенное количество новых искусственно
синтезированных материалов. Их основными структурными
элементами наряду с SiO2 служат оксиды алюминия, кальция,
магния, натрия, калия, бора и других, а в качестве сопутствующих
присутствуют почти все элементы таблицы Д.И.Менделеева.
Общие свойства всех силикатных материалов — высокая механическая прочность, огнестойкость, химическая стойкость. Изменение химикоминералогического состава и условий термической обработки
позволяют получать материалы с существенно отличающимися
свойствами, и предназначенные для различных областей применения.
Однако при всем многообразии состава и свойств силикатные материалы
могут быть разделены на три большие группы: минеральные вяжущие
вещества, керамика и стекло.
Широту спектра использования силикатных материалов наглядно
характеризует их общая классификация (рис.1).
Описание объектов анализа
Объектом анализа являются типовые процессы преобразования
исходного сырья в конечный продукт и наиболее характерное и
широко используемое технологическое оборудование на предприятиях
промышленности строительных материалов.
Производство любого материала осуществляется по разработанной
технологии, предусматривающей применение конкретного
оборудования. Несмотря на различие физических свойств и
3
назначения готовой продукции, можно заметить некоторую общность
в технологических процессах на отдельных переделах,
встречающуюся при производстве разных, не имеющих сходства в
конечном своем виде строительных материалов.
Анализ принципиальных технологических схем получения вяжущих материалов, керамики и стекла (рис.2) наглядно свидетельствует, что при разнообразии свойств получаемых изделий
различия между ними весьма невелики, а первые три этапа различных ветвей силикатной технологии совпадают полностью. Вне
зависимости от вида получаемого материала они преследуют одни и те
же цели.
Подготовка исходных компонентов должна обеспечить для
каждого из них заданный химико-минералогический состав, необходимую степень чистоты, а также физическое состояние и
влажность, требуемые для последующей переработки. Эта стадия
включает процессы обогащения минерального сырья, сушку сырья до
влажности, обеспечивающей возможность измельчения и т.д. Выбор
способа подготовки определяется видом сырья и предъявляемым к
ним требованиям.
Измельчение компонентов обеспечивает получение размеров их
зерен в соответствии с особенностями последующей технологии и
требованиями к свойствам изделий. Измельчение твердых крупногабаритных пород производят, как правило, в две стадии (грубое и
тонкое), мягких — в одну. Помол может осуществляться как в сухом
виде, так и в воде. Выбор схемы измельчения также определяется
видом сырья и способом последующей обработки.
Смешивание компонентов должно обеспечивать получение однородной композиции (шихты, массы, шлама, шликера) определенного химико-минералогического и зернового состава.
Общая стадия для всех видов силикатных материалов тепловая
обработка. Именно на этом этапе происходят те физико-химические
процессы в сырьевой смеси, которые обеспечивают превращение ее
в вяжущее, керамику, стекло. При этом обжиг может проводиться
не до спекания (известь, гипс), до спекания (керамика,
портландцемент), либо до плавления (получение стекла или
глиноземистого клинкера). В зависимости от этого температура
тепловой обработки может меняться для разных материалов от 100 до
2500°С.
После тепловой обработки все материалы подвергают общей
технологической операции – охлаждению.
Основные отличия технологий проявляются либо на стадии
4
подготовки к тепловой обработке (керамика), либо – после нее.
Рис. 1. Общая классификация силикатных материалов
5
В технологии керамики обжигают предварительно сформованные
изделия, поэтому перед тепловой обработкой появляются дополнительные операции, связанные с формованием сырца (полуфабриката) и удалением временной связки (сушка).
Процессы формования должны придавать полуфабрикату (сырцу,
заготовке) требуемую форму и размеры с учетом последующих
изменений их при сушке и обжиге.
Сушка керамического полуфабриката должна закреплять его
форму и снижать содержание связующей жидкости в такой степени,
чтобы исключить ее отрицательное влияние на последующий процесс
обжига изделий.
В технологии вяжущих операция формования отсутствует, так как
конечным продуктом является получение тонкомолотого порошка.
Здесь завершающая стадия заключается в помоле зернистого
продукта обжига (клинкера).
В стекольной технологии операция формования идет вслед за
тепловой обработкой (плавлением), так как изделия формуются из
расплава стекломассы с определенным уровнем вязкости.
В стекольной и керамической технологиях продукты тепловой
обработки нуждаются, как правило, в дополнительной обработке:
термической (отжиг, закалка стекла),механической (резка, шлифовка,
полировка и т.д.),химической (декорирование, травление и т.д.).
Таким образом, почти все отдельные технологические операции
имеют место во всех трех технологиях, однотипны и решаемые ими
задачи. Однако в зависимости от получаемого материала они
реализуются в различных аппаратах и по разным режимам.
Исходя из отмеченной общности, вытекающей из анализа
конкретных производств, можно в большинстве случаев выделить в
технологических процессах производства стройматериалов три
характерных подпроцесса (передела):
I – подготовительная обработка исходного сырья, в процессе
которой происходит добыча исходного геологического сырья, его
механическая обработка, в результате чего форма и вид исходного
сырья делаются пригодными для его последующей обработки в
тепловых агрегатах;
II – теплотехнологическая обработка сырьевого продукта или
полуфабриката, в процессе которой указанный продукт подвергается
тепловым воздействиям, приводящим к существенным физикохимическим превращениям структуры, придающим полуфабрикату
или сырьевому продукту специфические свойства, необходимые по
техническим условиям;
6
Рис. 2. Принципиальные технологические схемы получения силикатных
материалов
III – завершающий подпроцесс получения готовой продукции,
удовлетворяющей требованиям, предъявляемым государственным
стандартом на строительное изделие данного назначения. На последнем ,
заключительном этапе полуфабрикаты могут подвергаться как
механическому, так и тепловому воздействиям, поэтому технологическое
оборудование, применяемое на завершающем переделе частично
совпадает с механическим оборудованием подготовительного этапа или
подобно по характеру протекающих процессов технологическому
оборудованию второго этапа обработки, но отличающемуся режимами
тепло-яой обработки полуфабрикатов изделий.
7
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ
ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Для выделения типовых процессов преобразования исходного сырья в
конечный продукт, характерных для производства целого ряда
строительных материалов своей общностью, проанализируем укрупненно
технологические процессы производства материалов, наиболее значимых
по широте их использования в строительстве. Предварительно
рассмотрим основное геологическое сырье, используемое при
производстве распространенных строительных материалов и изделий.
1.1. Сырье для производства силикатных материалов
При всех принципиальных отличиях стекла, керамики и вяжущих
материалов их получение в основном базируется на одних и тех же
видах сырья, меняется лишь их количественное соотношение в
сырьевых шихтах.
В силикатной технологии используется огромное число различных
веществ и соединений, отличающихся по происхождению,
химическому и минералогическому составу, объемам применения. По
происхождению сырье можно разделить на три группы: природное,
техногенное (побочные продукты металлургии, энергетики, химии),
синтетическое (специально синтезируемые вещества — применяются в
основном в технической керамике и стеклоделии). В наибольших
объемах используется природное сырье.
Основные его виды по химико-минералогическому составу
можно разделить на 5 групп: кремнеземистое, алюмосиликатное,
карбонатное, глиноземистое, сульфатное сырье (рис. 1.1). Большинство видов сырья используется во всех трех ветвях силикатной
технологии. Однако каждая из них предъявляет к конкретному сырью
свои специфические требования.
К р е м н е з е м и с т о е с ы р ь е
Кварцевый песок — основной компонент стекольной шихты и
известково-кремнеземистых вяжущих, как добавка вводится в керамические массы и в цементные сырьевые смеси. Это продукт
раз
рушения горных пород, состоящих в основном из зерен
кварца, отличающийся высоким содержанием SiO2, малым
количеством примесей и мелкозернистостью. Пригодность
8
песков для стекловарения определяется их химическим и
зерновым составом.
Основное требование — высокая степень его чистоты :
содержание SiO2 в стекольных песках составляет 98,5-99,8 %.
Примесями в песках часто являются Fe2Ov CaO, MgO и другие, при
этом наиболее вредными являются Cr2Oy TiOv Fe2Oy которые
окрашивают стекло и снижают его светопропускание. Предельное
содержание красящих примесей в песке определяется видом изделий.
Природное сырье
Кремнеземистое Алюмосиликатное Карбонатное Глиноземистое
Сульфатное
Песок глины [В, К] известняк нефелин [К, С] гипс
[В]
кварцевый глинистый [В, К, С] боксит [В] ангидрит
[В]
[В, К, С] сланец [В, К] мел [В, К, С] тенардит [В,
С]
кварцит [В, К, С] каолин [К, С] доломит
диатомит [В] суглинки IB, К] [В, К, С]
опока [В] перлит [В, К] магнезит
трепел [В] туф [В] [В, К, С]
трасс[В] мергель
пемза [В] [В, К, С]
пегматиты [К, С]
Черной Цветной Энергетики
Химической
металлургии металлургии
промышленности
доменные металлургические топливные шлаки [В] фосфогипс
[В]
шлаки [В, К, С] шлаки [В] золы [В, К, С]
фосфорные
шлаки [В, К]
нефелиновый
шлам [В]
Техногенное сырье
Рис. 1.1. Классификация сырьевых материалов в силикатной технологии
(область применения: В - вяжущие материалы, К - керамика, С - стекло)
Кварциты используются в керамических массах, для изготовления
огнеупоров, фарфора и фаянса. Это плотные горные породы,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]