Приготування силікатної маси

Вапняно-піщану суміш готують двома способами: барабанним і силосним.

Силосний спосіб приготування маси має значні економічні переваги перед барабанним, оскільки при силосуванні маси на гасіння вапна не витрачається пар. Крім того, технологія силосного способу виробництва значно простіше технології барабанного способу. Підготовлені вапно і пісок безперервно подаються живильниками в заданому співвідношенні в одновальну мішалку безперервної дії і зволожуються. Перемішана і зволожена маса поступає в силоси, де витримується від 4 до 10 година упродовж яких вапно гаситься.

Силос це залізобетонна, або з листової сталі судина у формі циліндру. Висота силосу 8 – 10 м, діаметр 3,5 – 4 м. В нижній частині силос має конусоподібну форму. Розвантажується силос на стрічковий транспортер за допомогою тарільчаного живильника, при цьому відбувається велике виділення пилу. При вилежуванні в силосах маса часто утворює зводи. Спричиняє таке відносно висока ступінь вогкості маси, а також ущільнення і часткове затвердіння її при вилежуванні. Найбільш часто зводи утворюються в нижніх прошарках маси, у основі силосу. Для кращого розвантаження силосу необхідно зберігати якомога меншу вологість маси. Із спостереження за процесом на даному підприємстві помічено, що силоси розвантажуються задовільно лише при вологості маси в 2 – 3%. Силосна маса при вивантаженні більш порошить, ніж маса, що отримана за барабанним способом; звідси більш важкі умови для роботи обслуговуючого персоналу.

Перераховані вище негативні моменти частково можуть бути усунені механічно через механізацію розвантаження.

Робота силосу протікає таким чином. В середині силос розділений перегородками на три секції. Маса засипається в одну з секцій протягом 2,5 годин, стільки ж часу потрібно і для розвантаження секції. До моменту заповнення силосу нижній шар встигає вилежатися протягом того ж часу, тобто близько 2,5 години. Потім секція вистоюється 2,5 години, і після цього її розвантажують. Таким чином, нижній шар гаситься близько 5 години. Оскільки розвантаження силосів відбувається тільки знизу, а проміжок між розвантаженнями складає 2,5 години, то і всі подальші шари також витримуються протягом 5 годин у безперервно діючих силосах. У разі утворення зводів при розвантаженні силосу і припиненні надходження маси на стрічковий транспортер категорично забороняється робочим знаходитися в силосі.

Для полегшення розвантаження періодично включають вібратор, укріплений на стіні силосу; і цим зменшують налипання маси на стінках. При більш серйозних зависаннях маси в силосах її "шурують" ломами через розвантажувальні вікна.

На КБМ розвантаження маси з бункерів механізовано. Розподільні щітки на транспортерній стрічці піднімають за допомогою механічного пневматичного підйомника. Над транспортерною стрічкою, що подає силікатну масу, встановлені розподільні щітки, що переміщаються вертикально по рамі. Опускання і піднімання щіток над стрічкою здійснюється з пульта управління, який оснащений світловою сигналізацією і пристроями, що регулюють подавання повітря в пневмоциліндри.

Пресування цегли-сирця

На якість цегли і в основному на його міцність найбільш істотно впливає тиск, якому піддається силікатна маса під час пресування. В результаті пресування відбувається ущільнення силікатної маси. Ретельно ущільнити сирець – значить довести до мінімуму вільний простір між частинками піску. Таке зближення зерен піску при подальшій водно-тепловій обробці цеглини-сирцю в автоклаві забезпечує отримання щільного і міцного конгломерату.

На комбінаті будівельних матеріалів 9 пресів СМ – 816 і два преси СМС – 152, які працюють під тиском 20 Мпа. Продуктивність пресу – 2680 штук умовних цеглин за 1 година.

У момент пресування силікатної маси виникають сили опору стисненню з боку зерен піску, що перешкоджає максимальному зближенню зерен. Сила тертя маси об стіни форми і зерен, один об одного долається шляхом застосування тиску. Тому тиск повинен розподілятися рівномірно за всією площею виробу. Пресування необхідно вести тільки до відомої межі, оскільки при збільшенні тиску вище граничного в масі з’являються пружні деформації, які зникають після зняття тиску і ведуть до руйнування сирця. Тому не можна підвищувати тиск до появи деформацій.

Істотне значення має швидкість, з якою чиниться тиск. Так, наприклад, ударний швидкий додаток зусилля викликає не ущільнення, а руйнування структури виробу. Тому для подолання внутрішніх сил тертя тиск повинен прикладатися плавно з поступовим збільшенням. Робочий тиск в пресах застосовується рівним 150 – 200 кг/см².

На нормальну роботу пресу, а отже, на отримання якісної цегли у значній мірі впливає вміст вологи в силікатній масі. В оптимальних умовах пресування цегли вогкість маси повинна складати 6 – 7% від ваги сухої речовини і постійно контролюватися. Збільшення вологості вище оптимальної не дає можливості спресувати сирець, зняти його із столу пресу і укласти на вагонетку; зменшення вологості приведе до того, що спресований сирець важко зняти із столу пресу: він розламується під дією власної ваги. Крім того, недостатній вміст вологи в сирці позбавляє вапно необхідної пластичності, що забезпечує зв’язок між окремими зернами піску.

Процес пресування цегли складається з наступних основних операцій: наповнення пресових коробок масою, пресування сирця, виштовхування сирця на поверхню столу, зняття сирця із столу, укладання сирця на запарювальні вагонетки.

Силікатна маса, що приготовлена в силосах, передається за допомогою транспортерної стрічки в бункер над прес-мішалкою пресу. Подача маси в прес-мішалку повинна так регулюватися, щоб вона займала приблизно ¾ об’єму прес-мішалки. Якщо маса, що поступає, має більш низьку вологість, чим вимагається, доувлажнення її проводиться в прес-мішалці, навкруги стін якої укладається водопровідна труба з дрібними отворами по її довжині, направленими до низу.

Сила струму води, що надходить по трубці регулюється пресувальником за допомогою вентиля. Зволожена маса ножами прес-мішалки при їх обертанні подається в пресові короби через отвори в дні прес-мішалки. При повороті столу пресу, короби, що наповнені масою, переміщаються на певний кут і займають положення між пресуючим поршнем і верхньою стороною плитки контрштампу. Під тиском поршень поступово підіймається і проводиться пресування сирцю.

Під час пресування стіл пресу зупиняється, а ножі прес-мішалки обертаються і заповнюють масою наступну пару пресових коробів. Після пресування стіл пресу повертається так, щоб штампи пресу разом з сирцем підійшли до виштовхуючого поршня. Сирець виштовхується поршнем у вертикальному напрямі; верхня пластина штампу при виштовхуванні виходить з пресових коробів на 3 – 5 мм вище за рівень столу. Потім виштовхуючий поршень опускається донизу і стає у первинне положення. Після зняття цегли двома наймачами-пресувальниками, стіл повертається і штампи підводяться під механічну щітку для очищення.

Верхні пластини очищюються від налиплої маси, штампи опускаються на величину наповнення пресових коробів і цикл починається знову.

Силікатна цегла за розмірами повинна відповідати вимогам ДОСТ 379 – 53. У разі відхилення від встановлених розмірів сирець вважається браком.

Щільність пресування сирцю досягається виключно зміною величини наповнення пресових коробів: чим більше висота наповнення, тим вище щільність сирцю і, навпаки, чим менша висота наповнення коробів, тим нижча щільність сирцю. Під час пресування необхідно стежити за тим, щоб сирець виходив однакової щільності; для цього потрібно підтримувати висоту наповнення пресових коробів однаковою. Ножі прес-мішалки мають бути закріплені від дна і стін на однаковій відстані.

Після пресування отримана цегла автоматом-укладальником укладається на вагонетки, які транспортують її в автоклави, де проводиться тепло-волога обробка цегли.

Процес автоклавної обробки

Для надання необхідної міцності силікатній цеглі її обробляють насиченим паром; при цьому температурна дія поєднується з обов’язковою наявністю в цеглі-сирці водного середовища, яке сприяє протіканню реакції утворення цементуючих речовин із максимальною інтенсивністю. Насичений пар, що використовується в цьому процесі має такі характеристики: температуру 175⁰С, тиск понад 8 атм.

Автоклав є трубою завдовжки 19 м і діаметром 2 м, місткісттю 12 вагонеток (V = 5965 м³).

Режим роботи автоклаву такий: підняття пару - 1,5 годин; витримка - 5-6 годин; випускання пару - 1-1,5 годин.

В процесі автоклавної обробки, тобто запарюванні, цегли-сирці, проходять три стадії.

Перша стадія починається з моменту впускання пару в автоклав і закінчується при порівнянні температур теплоносія (пара) і виробів, що обробляються.

Друга стадія характеризується постійністю температури і тиску в автоклаві. В цей час одержують максимальний розвиток всі ті фізико-хімічні процеси, які сприяють утворенню гідросилікату кальцію, а отже, і затвердінню виробів.

Третя стадія починається з моменту припинення доступу пару в автоклав і включає час охолодження виробів в автоклаві до моменту вивантаження з нього готової цегли.

В першій стадії запарювання насичений пар з температурою 175⁰ під тиском 8 атм. впускають в автоклав разом з сирцем. При цьому пар починає охолоджуватися і конденсуватися на цеглині-сирці і стінах автоклава. Після підйому тиску пар починає проходити в найдрібніші пори цеглини і перетворюється на воду. Отже, до води, введеної при виготовленні силікатної маси, приєднується вода від конденсації пару. Конденсат, що утворився в порах, розчинює присутній в сирці гідрат окислу кальцію і інші розчинні речовини, що входять в сирець. Відомо, що пружність пару розчинів нижча за пружність пару чистих розчинників. Тому водяний пар, що притікає в автоклав, буде конденсуватися над розчинами вапна і додатково зволожувати сирець в процесі запарювання. І третьою причиною конденсації пару в порах сирця є капілярні властивості матеріалу.

Роль пару при запарюванні зводиться тільки до збереження вологи в сирці в умовах високих температур. За відсутності пару відбувалося б негайне випаровування води, отже і висихання матеріалу, і повне припинення реакції утворення цементуючої речовини – гідросилікату.

З тієї миті, як в автоклаві буде досягнута найвища температура, тобто 170 – 200⁰С, настає друга стадія запарювання. В цей час максимальний розвиток одержують хімічні реакції і фізичні взаємодії, які ведуть до утворення моноліту. До цього моменту пори сирцю заповнені водним розчином гідрату окислу кальцію Са(ОН)₂, безпосередньо стикаються з кремнеземом SiO₂ піску.

Наявність водного середовища і високої температури викликає на поверхні піщинок деяке розчинення кремнезему. Розчин, що утворився, вступає в хімічну реакцію з водним розчином гідрату окислу кальцію, що утворився протягом першої стадії запарювання. Створюються нові речовини – гідросилікати кальцію:

Ca(OH)₂ + SiO₂ + m۰ H₂O = CaSiO₃ ۰ nH₂O

Спочатку гідросилікати знаходяться в колоїдному (желеподібному) стані, але поступово викристалізовуються і, перетворюючись на тверді кристали, зрощують піщинки між собою. Крім того, з насиченого водного розчину гідрат окислу кальцію також випадає у вигляді кристалів і своїм процесом кристалізації бере участь в зрощенні піщинок.

Таким чином, в другій стадії запарювання утворення гідросилікатів кальцію, перекристалізація їх і гідрату окислу кальцію викликають поступове затвердіння цегли-сирцю.

Третя стадія запарювання протікає із моменту припинення доступу пару в автоклав, тобто починається падіння температури в автоклаві (швидке або повільне залежно від ізоляції стін автоклава і наявності перепуски пару). Відбувається зниження температури виробу і збіднення його водою, тобто вода випаровується і підвищується концентрація розчину, що знаходиться в порах. З підвищенням концентрації гідрату окислу кальцію і зниженням температури цементуючої речовини, силікати кальцію стають більш основними, і це продовжується до тих пір, поки цеглина не буде вивантажена з автоклаву. В результаті посилюється процес затвердіння гідросилікатів кальцію і підвищується міцність цегли. Одночасно плівки цементуючої речовини сильніше збагачуються випадаючим з розчину гідратом окислу кальцію.

Механічна міцність силікатної цегли, що вивантажена з автоклаву, нижча за ту, яку вона має у разі подальшій витримці її на повітрі. Це пояснюється тим, що карбонізується гідрат окислу кальцію за рахунок вуглекислоти повітря за формулою: Са(ОН)₂+СаСО₂ = СаСО₃ +Н₂О

Таким чином, повний технологічний цикл запарювання цегли в автоклаві складається з операцій очищення і завантаження автоклава, закриття і закріплення кришок, перепуску пару; впускання гострого пару, витримки під тиском, другого перепуску, випуску пару в атмосферу, відкривання кришок і вивантаження автоклава. Сукупність всіх перерахованих операцій і складає цикл роботи автоклава, який дорівнює – 13 годинам.

Запарювання цегли в автоклавах вимагає чіткого дотримання температурного режиму: рівномірного нагрівання, витримки під тиском і такого ж рівномірного охолоджування. Порушення температурного режиму приводить до браку.

Для контролю за режимом запарювання на автоклавах встановлені манометри і самописні дифманометри, що забезпечені годинниковим механізмом. Повний цикл запарювання цегли записується на барограмі. З автоклаву силікатна цегла надходить до складу.

Вибір режиму роботи підприємства і план виробництва продукції

Режим роботи підприємства визначається характером протікання виробничих процесів. Підприємство по виробництву силікатної цегли характеризується безперервним виробничим процесом. Таким чином, при виборі режиму роботи підприємства необхідно керуватися наступними параметрами:

- ефективна фундація часу (Теф.) складає 365 днів;

- число годин роботи в зміну (Тсм.) приймають 8;

- проектна річна потужність підприємства - 100000000 шт.ум. цеглин.

Необхідну кількість змін за добу можна розрахувати за формулою:

,

де: Q – проектна потужність підприємства;

q – годинна продуктивність виробництва.

Продуктивність упродовж однієї години буде дорівнювати:

q = (100 000 000) /(365۰24) = 11415 ум. один./година. Таким чином, кількість змін в добу складе: C_зм = (100 000 000) /(365۰8۰11415) = 3

Річний план виробництва продукції визначається проектною потужністю підприємства, а вихід її на ринок збуту в перебігу року може бути розподілений поквартально, що найбільш зручно для такого виробу як силікатна цегла. Прийнятий об’єм випуску продукції показаний в таблиці 5.3.8.

Таблиця 5.3.8. Запланований об’єм випуску продукції, шт..

Виробництво і розподіл	Розподіл об’єму випуску продукції по кварталах, шт. ум. цеглини
	І	II	III	IV
Об’єм виробництва	25000000	25000000	25000000	25000000
Вихід продукції на ринок	16666667	16666667	16666667	16666667
У тому числі запаси	8333333	8333333	8333333	8333333