Література до проекту 5.2

1.Глічев А. В., Круглов М. И. «Управління якістю продукції». М.: «Економіка», 1979.

2. Глічев А. В. «Нововведення, маркетинг і управління якістю» / ж. «Стандарти і якість» // №10, 1995.

3. Гличев А. В. «Современные методы управления качеством» / же. «Стандарты и качество» // №4, 1996.

4. «Прогрессивная технология ковки и штампования» под ред. Ширяева А. Ф. М.: «Издательство машиностроительной литературы», 1981

5. Массен В. А., Раскинд В. Л. «Справочник молодого кузнеца-штамповщика. М.: «Высшая школа», 1990.

6. Каплен Г. «Практическое введение в управление качеством». М.: «Издательство стандартов», 1976..

5.3 Управління технологічним процесом

(Опис технологічної схеми і обгрунтування технологічних процесів на прикладі виробництва цегли).

В даній курсовій роботі у якості приклада розглянуто цех по виробництву силікатної цеглини потужністю 100.000.000 умовн. од.цеглин за рік. Зауважимо, що силікатна цегла відноситься до групи автоклавних зв’язуючих матеріалів.

Компоненти продукції, їх фізичні і технологічні властивості

Пісок. Основною компонентою силікатної цегли (85 – 90% за масою) є пісок, тому підприємства, що виробляють силікатну цеглу розміщують поблизу родовищ піску і пісчані кар’єри здебільшого стають часткою підприємств. Склад і властивості піску багато в чому визначають характер і особливості технології силікатної цегли.

Пісок – це рихле скупчення зерен різного мінерального складу розміром 0,1 – 5 мм. За походженням піски розділяють на дві групи – природні і штучні. Останні, у свою чергу, поділяють на відходи при подрібненні гірничих порід (хвости від збагачення руд, висів щебеневих кар’єрів і т. ін), роздроблені відходи від спалювання палива (пісок із паливних шлаків), подрібнені відходи металургії (піски із доменних і ватержакетных шлаків).

За призначенням цю сировину можна поділяти на піски для бетонних і залізобетонних виробів, розчинів кладок і штукатурних сумішей, для виробленя силікатної цеглини. В наведеній курсовій роботі освітлюються лише дані про піски як сировини для виробництва силікатної цеглини.

Форма і характер поверхні зерен піску.

Ці чинники мають велике значення для здатності силікатної суміші до формування і міцності виробу - сирця а також впливають на швидкість реакції з вапном під час автоклавной обробки. За даними Батуріна В. П., Преображенського І. О. і Твенхофелла, форма зерен піску може бути окатаною (близькій до кулястої); полуокатаною (більш хвилясті контури); напівкутнистою (неправильні контури, гострі ребра і кути притуплені); кутнистою (гострі ребра і кути). Поверхня піщинок може бути гладкою, кородованою і регенерованою. Остання виходить при наростанні на піщинках однорідного матеріалу, наприклад, кварцу на кварцових зернах.

Гранулометрія пісків

У виробництві силікатної цегли гранулометрія пісків грає важливу роль, оскільки вона визначає формуємість сирцю з силікатних сумішей. Найкращою гранулометрією піску є така, коли середні зерна розміщуються між крупними, а дрібні – між середніми і крупними зернами.

Більшість дослідників до пісків відносять зерна розміром 0,05 – 2 мм. Так Охотін У.В. виділяє дві фракції: піщані – 0,25 – 2 мм і дрібнопіщані – 0,05 – 0,25 мм; Фадєєв П.І. поділяє пісок за розміром зерен на п’ять груп: грубі (1 – 2 мм), крупні (0,5 – 1 мм), середні (0,25 – 0,5 мм), дрібні (0,1 – 0,25 мм) і дуже дрібні (0,05 – 0,1 мм).

При змішуванні однакових за об’ємом трьох фракцій піску (крупного, середнього і дрібного) із співвідношенням розмірів їх зерен 4:2:1 одержують суміш з високою пористістю; при співвідношенні 16:4:1 пористість значно зменшується, при співвідношенні 64:8:1 – зменшується ще більш сильно, при співвідношенні 162:16:1 досягається найбільша ущільненість.

Встановлено, що оптимальне ущільнення зерен силікатної суміші (з урахуванням наявності в ній тонкодисперсних зерен зв’язуючого) знаходиться в межах співвідношень від 9:3:1 до 16:4:1.

Пористість пісків

Пористість пухко насипаних окатаних пісків зростає у міру зменшення діаметра їх фракцій, а в ущільненому вигляді вона однакова для всіх фракцій, за винятком дрібної.

Таблиця 5.3.1. Технологічні характеристики сировини - пористість

Фракція, мм	Пористість пісків, %, в умовах
	Пухнастий стан		Ущільнений стан
	окатані	гострокутні	О окатані	Гостро гострокутні
2 – 1 1 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,1 0,1 – 0,06	36,06 36,3 39,6 44,8 44,53	47,63 47,1 46,98 52,47 54,6	33,4 33,63 33,42 34,35 39,6	37,9 40,61 41,09 44,82 45,31

Пористість гострокутних пісків зростає у міру зменшення їх розмірів, як в рихлому, так і в ущільненому стані (табл. 5.3.1).

Пористість пісків пов’язана із іншою характеристикою пісків – розмірністю зерен. Із таблиці 5.3.2 помітно, що із зменшенням крупності пісків їх пористість зростає досить значно.

Таблиця 5.3.2 Залежність пористості від крупності

Пісок	Діаметр зерен, мм	Пористість %
Крупний Середній Дрібний Пиловатий	2 – 1 1 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,05	35 – 39 40 42 – 45 47 – 55

Помітимо, що у більшості випадків дрібні піски (за виключенням добре окатаних) мають підвищену пористість як в пухкому так і в ущільненому стані. З цого приводу, якщо їх використовувати у виробництві силікатної цегли, то треба буде витрачати більше зв’язуючих матеріалів.

Вологість

В грунтах міститься вода у вигляді пару, гігроскопічна, плівкова, капілярна, в твердому стані, кристалізована і хімічно зв’язана. Здатність грунту утримувати в собі воду за рахунок молекулярних сил зчеплення називають молекулярною вологоємністю, а вогкість, відповідну максимальному змочуванню, – максимальною молекулярною вологоємністю. Остання зростає у міру зменшення розміру фракцій піску (табл.5.3.3).

Таблиця 5.3.3 Залежність вологості від розміру фракцій

Матеріал	Фракція, мм	Максимальна молекулярна вологоємність
Пісок: -крупний -середній -дрібний -дуже дрібний Глина	1 – 0,5 0,5 – 0,25 0,25 – 0,1 0,005 - 0	1,57 1,6 2,73 4,75 10,18 44,85

Вологість піску значною мірою впливає на його об’єм, що необхідно ураховувати при перевезенні піску в залізничних вагонах, або баржах, а також при намиванні його на карти.

Найбільший об’єм піски мають при вогкості приблизно ≈5%.

Вапно

Вапно є другою складовою частиною сировинної суміші, необхідної для виготовлення силікатної цегли.

Сировиною для виробництва вапна є карбонатні породи, що містять не менше 95% вуглекислого кальцію - CaCO₃. До них відносяться вапняк щільний, вапняковий туф, вапняк-черепашник, крейда, мармур. Всі ці матеріали є осадковою гірничою породою, що утворилася головним чином в результаті відкладення на дні морських басейнів продуктів життєдіяльності тваринних організмів.

Вапняк складається з вапняного шпату – кальциту і деякої кількості різних домішок: вуглекислий магній, солі заліза, глина і ін. Від цих домішок залежить забарвлення вапняку. Звичайно він буває білим, або різних відтінків сірого і жовтого кольору. Якщо вміст глини у вапняках більше 20%, то вони носять назву мергелів. Вапняки з великим змістом вуглекислого магнію звуться доломітом.

Мергель є вапняно-глинистою породою, яка містить від 30 до 65% глинистої речовини. Отже, вуглекислого кальцію у мергелях міститься 35 – 70%. Із цього приводу мергелі є не придатними для виготовлення з них вапна і тому не використовуються для цієї цілі.

Доломіт, так само як вапняки, відноситься до карбонатних гірничих порід, що складаються з мінералу доломіту (СаСО3*МgСО3). Оскільки вміст в них вуглекислого кальцію менше ніж 55%, то для випалення на вапно вони також непридатні. При випалюванні вапняку на вапно вживають тільки чисті вапняки, що не містять великої кількості шкідливих домішок у вигляді глини, окислу магнію і ін.

За розмірами шматків вапняки, що випалюються на вапно поділяються на крупні, середні і дрібні (табл. 5.3.4).

Таблиця 5.3.4. Характеристика вапняку

Показники	Розміри шматків вапняку
	Крупні	Середні	Дрібні
Граничний найбільший розмір шматків, мм Граничний якнайменший розмір шматків, мм Припустимий вміст шматків нижче за граничний якнайменший розмір , %	400 200 3	200 80 3	80 30 3

Основним зв’язуючим матеріалом для виробництва силікатних виробів є будівельне повітряне вапно.

За хімічним складом вапно складається з окислу кальцію (СаО) з домішкою деякої кількості окислу магнію (МgО).

Розрізняють два види вапна: негашену і погашену; на заводах силікатної цегли застосовується не погашене вапно. Технічні умови на повітряне не погашене вапно регламентовані ДОСТ 9179 – 59, згідно якому вапно поділяється на три сорти із відповідними вимогами до якості (табл..5.3.5).

Таблиця 5.3.5. Технічні умови на негашене комове вапно

П о к а з н и к и	Сорти
	1	2	3
Зміст активних СаО+MgO, вважаючи на суху речовину, у % (не менше)
Зміст зерен, що не погасилися, у % (не більше)
Швидкість гасіння в хвил: -швидко погашується (до) -повільно погашується (більше)

При випаленні вапняк під впливом високої температури розкладається на вуглекислий газ і окисли кальцію. При цьому втрачається понад 44% первинної ваги. Після випалення вапняку отримують комове вапно, що має сірувато-білий, іноді жовтуватий колір. При взаємодії комовго вапняка з водою відбуваються реакція гідратації СаО+Н₂О=Са(ОН)₂; МgО+Н₂О = Мg(ОН)₂. Реакції гідротації окислу кальцію і магнію йдуть з виділенням тепла. Комове вапно в процесі гідратації збільшується в об’ємі і утворює пухку, білого кольору, легку порошкоподібну масу гідрату окислу кальцію Са(ОН)₂. Для повного погашення вапна необхідно додавати до нього води не менше як 69%, тобто на кожний кілограм не погашеного вапна близько 700 г води. В результаті виходить сухе гашене вапно (пуховка). Якщо гасити вапно із збитком води, виходить вапняне тісто.

Основні вимоги, що висуваються до вапна наступні:

• вапно повинне бути швидкогашеним, тобто час погашення його не повинен перевищувати 20 хвил. – використання вапна повільного гашення знижує продуктивність устаткування для погашення;

• сума активних оксидів кальцію і магнію (СаО+МgО) у вапні повинна складати не менше 85%;

• вміст окислу магнію у вапні не повинен перевищувати 5%, оскільки магнезіальне вапно гаситься повільно;

• зміст недоопаленого вапна не повинен перевищувати 7%, оскільки таке вапно не є активним і не впливає на отвердіння цеглини при запарюванні, але є баластом, що збільшує витрату вапна і здорожчує собівартість готової продукції;

• вапно не повинне бути перепаленим, оскільки у такому випадку воно повільно гаситься і стає причиною розтріскування цегли в автоклавах.

Вапно потрібно зберігати тільки в критих складських приміщеннях і берегти від вологи. Не рекомендується тривалий час тримати вапно на повітрі, оскільки в ньому завжди міститься невелика кількість вологи, яка гасить вапно. Наявність в повітрі вуглекислого газу приводить до того, що карбонізує вапно, тобто з’єднує з вуглекислим газом і тим самим частково знижується його активність.

Вапно, що погасилося, може бути використано для виробництва силікатної цегли. Проте, унаслідок того, що воно після гасіння перетворюється на дрібний і дуже легкий порошок, використання його пов’язано з незручністю: збільшуються втрати, підвищується витрата вапна і собівартість.

Вода

При виробництві силікатної цегли воду застосовують на всіх стадіях виробництва: при гасінні вапна, приготуванні силікатної маси, пресуванні і запарюванні цегли-сирцю, отриманні технологічного пару.

Природна вода ніколи не буває абсолютно чистою. Найбільш чистою є дощова вода, але і вона містить різні домішки, що потрапили в неї з повітря (розчинені гази, пил, мікроорганізми). Розчинених речовин в такій воді обмаль і тому вона називається м’якою. Вода, що містить велику кількість вуглекислих солей кальцію і магнію (карбонатних), зветься жорсткою. Застосовувати жорстку воду в промислових цілях, наприклад для отримання технологічного пару, без попереднього зм’якшування її не можна, інакше при кипінні води на стінах промислових казанів утворюється накип, який виводить їх з ладу. Боротьба з накипом в парових казанах здійснюється двома способами: спеціальною обробкою води („зм’якшенням”) до того як вона потрапить в парові казани; внутрішньокотельною обробкою у котлах .

При цьому воду пом’якшують двома способами: термічним і хімічним. Термічний спосіб заснований на розкладанні карбонатної жорсткості нагріванням води до 85 – 110⁰, в процесі утворюються важкорозчинні карбонат кальцію і гідроокис магнію, які і випадають в осад. Такий спосіб застосовується в поєднанні з хімічним методом. Реагентами при цьому є їдкий натр і кальцинована сода.

Внутрішньокотельна обробка полягає в тому, що накип розчиняють соляною кислотою (5 – 7% розчин), для чого через парові казани прокачують розчин. Тривалість такого „промивання” залежить від ступеню забруднення (але не більше - 10 – 20 годин.). Після закінчення кислотного промивання і видалення кислоти казани промивають слабким розчином лугу.

Вода при нагріванні перетворюється на пар; якщо воду нагрівати в закритій судині, наприклад в казанах, то вона буде випаровуватися з поверхні і пар буде нагромаджуватися в просторі над поверхнею води до тих пір, поки між водою і паром, що утворюється з неї, не встановиться динамічна рівновага, при якій в одиницю часу випаровується стільки ж молекул, скільки і переходить назад в рідину. Пар, що знаходиться у рівновазі з рідиною, з якої він утворився, називається насиченим. У виробництві силікатної цегли для гасіння силікатної маси і для запарювання цегли - сирцю застосовується саме насичений пар.

Технологія підготовки силікатної маси. Дозування компонентів

Для отримання сировинної суміші (силікатної маси) потрібної якості складові необхідно правильно дозувати.

Дозу вапна в силікатній масі визначають не за кількості вапна в ній, а за змістом тієї її активної частини, яка буде брати участь в реакції затвердіння, тобто окисли кальцію. Тому норму вапна встановлюють залежно від її активності в першу чергу.

На кожному підприємстві за звичай це робиться на основі експертної оцінки (досвіду). Середній вміст активного вапна в силікатній масі дорівнює 6 – 8%. При вживанні свіжообпаленого вапна без сторонніх домішок і недопалення кількість її може бути зменшено; якщо ж у вапні міститься велика кількість недопаленого каменя і сторонніх домішок, а також якщо вапно довго зберігалося на повітрі, норма її в суміші повинна бути збільшена. Як недостатня, так і збиткова кількість вапна в силікатній масі спричиняє небажані наслідки: недостатня кількість вапна від норми знижує міцність цегли, підвищена - збільшує собівартість, хоча і не робить позитивного впливу на якість. Активність вапна, що поступає у виробництво часто змінюється; тому для отримання маси із заданою активністю вимагається часто змінювати в ній кількість вапна. На БКСМ використовується вапно активністю 70 – 85%.

Практично на виробництві користуються наперед складеними таблицями, що дозволяють визначати дозування вапна в кг на одиницю продукції (1 м³ силікатної маси або 1000 шт. цеглин) – таблиця 5.3.6.

Таблиця 5.3.6. Норми вапна на 1 м ³ цегли

Активність вапна, %	Активність силікатної маси ,%
	6	6,5	7	7,5	8	8,5
60 65 70 75 80 85	378 349 324 303 283 267	409 378 351 328 306 289	440 407 378 353 330 300	472 437 405 378 353 333	432 403 378 504 466 356	535 495 459 428 400 378

Необхідна кількість піску відміряється за об’ємом, а вапно за вагомістю за допомогою бункерних терезів.

Окрім вапна і піску, складовою частиною силікатної маси, як зазначалось, є вода, що використовується для повного погашення вапна. Крім того вода також додає масі пластичність, необхідну для пресування цегли-сирцю, і створює сприятливе середовище для протікання хімічної реакції затвердіння цегли при його запарюванні.

Кількість води повинно точно відповідати нормі. Недолік води приводить до неповного гасіння вапна; надлишок води, хоча і забезпечує повне погашення, але створює не завжди припустиму вогкість силікатної маси. Волога частково поступає з піском, кар’єрна вологість якого коливається залежно від кліматичних умов. Кількість води, необхідне для доведення вологості силікатної маси до потрібної величини, практично також можна наперед розрахувати залежно від кар’єрної вологості піску, що надходить у виробництво і скласти таблицю для визначення витрати води на одиницю продукції (1000 шт. цеглин або 1 м³ силікатної маси). Кількість води (л), яка потрібна для додаткового зволоження силікатної маси (на 1000 шт. цеглини) може бути узята із нормативної таблиці 5.3.7, в залежності від вологості піску.

Таблиця 5.3.7. Потреба у додатковій кількості води, л.

Вологість піску, %	Потрібна вологість силікатної маси, %
	5	5,5	6	6,5	7
3 3,5 4 4,5 5 6	74 55 37 18 -- --	92 74 55 37 18 --	111 92 74 55 37 --	130 111 92 74 55 18	148 130 111 92 74 37

Загальні об’єми води для отримання силікатної маси необхідної якості складають близько 1,3% (від ваги всієї маси) і розподіляються таким чином, (%):

- на гасіння вапна......................................2,5

- на випаровування при гашенні.............. 3,5

- на зволоження маси................................7,0

Хімічна реакція гасіння вапна протікає відповідно з формулою хімічної реакції: СаО + Н₂О = Са(ОН)₂.

Іноді для підвищення міцності цегли в силікатну масу додають різні домішки у вигляді дробованого піску, глини і ін.

Щоб досягти правильного співвідношення всіх компонентів, застосовують спеціальні пристосування для дозувань. Зважаючи на те, що приготування силікатної маси необхідної якості є однією з найбільш важливих операцій в технологічному процесі виробництва силікатної цегли, обов’язково треба регулярно перевіряти її властивості в лабораторіях.

Визначення швидкості гасіння вапна слід проводити не менше двох разів в зміну; у разі перевищення часу погашення вапна від нормативного треба негайно змінити режим гашення через збільшення часу на процес приготування силікатної маси.

Визначення активності вапна (зміст СаО+МgО) необхідно проводити також двічі за зміну і відповідно з активністю вапна змінювати дозування для отримання нормальної силікатної маси.

Активність і вологість силікатної маси слід перевіряти через кожні 1 – 1,5 години і у разі відхилення показників, які отримані від заданих треба негайно змінювати дозування вапна і води.