Курсовая работа. Курсовая работа "Производство керамического кирпича"

• Название: Курсовая работа "Производство керамического кирпича"
• Дата: 02.03.2021
• Размер: 111.19 Kb.
• Имя файла: Курсовая работа.docx
• Тип: Курсовая; #181085
• страница: 2 из 5

4. Технологическая схема производства
4.1 Складирование глинистого сырья
Легкоплавкие глины доставляются на кирпичные заводы из карьеров, расположенных вблизи заводов и являющихся их составной частью. Огнеупорные и тугоплавкие глины являются привозным сырьем, они добываются и поставляются керамическим заводам специализированными предприятиями.

Для бесперебойного снабжения кирпичных заводов в зимнее время талой глиной производят открытую разработку карьера с утеплением поверхностного слоя опилками, минераловатными плитами и др. Кроме того, на заводах создают в летний период запас глины в открытых котлованах и наземных штабелях высотой 6--8 м, либо в крытых складах -- глинохранилищах глубиной 4--6 м. Устройство промежуточных складов экономически целесообразно при небольшой толщине пласта глины в карьере (менее 2,5 м), необходимости транспортирования ее на завод на расстояние более 1 км и при возможности ее промерзания.

Организация промежуточных складов обеспечивает более ритмичную работу предприятия и позволяет улучшить свойства сырья путем усреднения его состава и перераспределения влаги. В котлованы глину завозят рельсовым транспортом либо автосамосвалами, в наземные штабели -- только автосамосвалами.

Глинохранилища для загрузки глины оборудованы мостовыми грейферными кранами, грейфером на монорельсе, ленточными конвейерами, ящичными питателями. Для подачи глины в производство из глинохранилищ используют мостовой грейферный кран.

В курсовой работе использованы легкоплавкие глины, предусмотрены промежуточные склады.

4.2 Переработка глинистого сырья и подготовка массы
Переработка глинистого сырья с целью разрушения природной структуры осуществляется с помощью естественной и механической обработки. К естественной обработке глины относят вымораживание ее в замоченном состоянии (зумпфование), заключающееся в следующем. Предварительно разрыхленная при добыче и складировании глина, залитая водой, в течение длительного срока (нескольких месяцев или лет) подвергается атмосферным воздействиям: попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию, выветриванию и пр., что приводит к разрыхлению глины, распаду агрегированных частиц на элементарные зерна, повышению удельной поверхности глины и углублению процессов набухания, возрастанию количества связанной воды, увеличению пластичности и связности глины, улучшению формовочных и сушильных свойств.

Вылеживание глины в замоченном состоянии тоже приводит к диспергированию глинистых частиц, их набуханию с частичным переходом свободной воды в связанную форму и повышению пластических свойствглины, но в меньшей степени, чем вымораживание. При вылеживании глины в атмосферных условиях в течение длительного времени происходит вымывание вредных, примесей растворимых солей (сульфатов и хлоридов).

Однако естественные способы обработки глины требуют много времени, больших площадей и не обеспечивают полного удаления каменистых включений.

Механическая обработка глинистого сырья применяется дли удаления или измельчения каменистых включений, получения удобоформуемой гомогенной массы. Выбор оборудования для механической обработки зависит от свойств исходного сырья (его плотности, твердости, вязкости, влажности) и вида получаемого изделия. Чем полнее разрушена структура глины и чем однороднее формуемая масса, тем выше качество изделия.

При полусухом способе первичное разрыхление глины производят в ножевых глинорезках (стругачах), зубчатых, винтовых камневыделительных или дезинтеграторных вальцах. Для предотвращения забивания и замазывания помольных агрегатов и сит глиной перед тонким измельчением ее подсушивают в прямоточных сушильных барабанах, при этом ее влажность снижается с 15--25 % до 2--13 %. Для тонкого измельчения применяют дезинтеграторы, гладкие дифференциальные вальцы тонкого помола, дырчатые вальцы, бегуны сухого помола, молотковые, центробежные и роторные мельницы. В курсовой работе процесс тонкого измельчения глины произведён в дезинтеграторе.

Перед сушкой в сушильных барабанах сырье с высокой карьерной влажностью (15--25 % для глин и 38--45 % для диатомита) следует гранулировать с целью получения частиц одного размера. Гранулированные массы после сушки в сушильном барабане отличаются незначительными колебаниями влажности. Для усреднения влажности масс рекомендуется также их выдержка на промежуточных складах.

Экономически целесообразно совмещать процессы сушки и тонкого измельчения сырья. С этой целью применяют аэробильные или шахтные мельницы. Сушка в этих агрегатах осуществляется горячими топочными газами, подхватывающими мелкие частицы и уносящими их в циклоны, где они оседают; при этом крупные частицы самотеком возвращаются в мельницу.

Для тонкого помола могут быть применены трубные двухкамерные мельницы с сепаратором для разделения крупных и мелких фракций, угольные барабанные мельницы, дезинтеграторы, а также мельницы самоизмельчения типа «Аэрофол» с совмещенным процессом сушки и помола. В курсовой работе тонкий помол глины ведётся в дезинтеграторах.

Для отсева крупных частиц и разделения на фракции измельченного сырья применяют сита-бурат, плоские качающиеся сита, вибрационные сита, грохоты и воздушные сепараторы. В курсовой работе использованы грохоты.

Приготовление масс путем смешивания подготовленной глины с отощаюшими и другими добавками и увлажнения ее горячей водойили паром производят в двухвальных смесителях, в лопастных вакуумных или быстроходных бегунковых мешалках - при получении пластичных масс; в смесительных бегунах - при получении тощих масс. Увлажнение глины паром дает лучшие результаты, для этой цели предпочтительны шахтные пароувлажнители с вертикальным расположением труб и принудительным отбором порошка. Для приготовления массы мосту быть применены стержневые смесители конструкции ВНИИСтрома С-15, СК-08 и др., в которых происходят усреднение массы, домол крупных фракций и агломерация пылеватых фракций.

Оптимальная влажность порошковых масс на основе глин составляет 7--10%.

Для усреднения состава подготовленной массы, улучшения ее формовочных свойств применяют способ вылеживания ее в силосах.
4.3 Формование массы
Подготовленную массу формуют (прессуют) на гидравлических или механических прессах производительностью до 10 000 шт./ч.

В данной курсовой работе формование кирпича произведено на прессе СМ - 1085.

Пресс относится к механическому коленно-рычажному типу прессов и состоит из двух независимых одна от другой секций (левой и правой) для одновременного прессования на каждой секции четырех кирпичей. Цикл работы одной секции по отношению к другой сдвинут по фазе на 180° и совершается за один оборот коленчатого вала. Такая конструктивная особенность позволяет прессовать кирпич на одной секции, при текущем ремонте другой без остановки пресса в целом.

Пресс обеспечивает двухстороннее прессование кирпича за счет перемещающейся (плавающей) в вертикальном направлении подпружиненной формы, что уменьшает степень неравноплотности прессовки.

В прессе осуществляется дозировка и засыпка глиняного порошка в формы, прессование, выталкивания кирпича на уровень стола и сталкивания его засыпной кареткой на рольганг.

Глиняный порошок, прошедший предварительную технологическую обработку и имеющий влажность 8-12 % по двум рукавам поступает в каждую секцию в засыпной ящик и каретку.

В начале цикла при вращении коленчатого вала нижний штемпель опускается, а каретка, двигаясь вперед, заполняет форму глиняным порошком, после чего каретка возвращается в свое исходное (заднее) положение, а верхний штемпель начинает прессование глиняного порошка. При этом нижние штемпели, установленные на ползуне выталкивателя, воспринимают усилие прессования, а ползун выталкивателя передает это усилие на проставок прессующего механизма. Улучшен механизм засыпки пресс-форм, благодаря наличию специального механизма перемешивания массы - ворошилки, которая предназначена для нагнетания и равномерного распределения формовочной смеси в пресс-формах. Посредством регулировки устанавливается постоянный зазор между кареткой и столом, что еще и уменьшает просыпь керамической массы.

Рисунок 5 - Пресс СМ-1085

При дальнейшем вращении коленчатого вала и сжатии глиняного порошка в форме силы трения между порошком и формой настолько возрастают, что форма вместе с прессуемым порошком увлекается вниз, в результате чего происходит двухстороннее прессование.

После завершения прессования происходит подъем верхнего штемпеля, а механизм выталкивания поднимает нижний штемпель, производя выталкивания кирпича из формы и перемещение его на уровень стола. Засыпная каретка, продвигаясь вперед для очередной засыпки формы, сдвигает кирпич со стола на рольганг, при этом нижние штемпели стоят на уровне стола.

В дальнейшем описанный цикл работы каждой секции пресса повторяется.
4.4 Сушка сырца
Основное назначение сушки сырца -- снижение его влажности, приобретение им прочности, достаточной для транспортирования в печь и последующего бездефектного обжига при минимально возможных затратах топлива и времени.

Сырец полусухого прессования с влажностью после формования 8--12 % обычно сушат до 1 %-ной влажности (плитки) и до 4--6 %-ной влажности (кирпич). Сушку сырца полусухого прессования в ряде случаев совмещают с процессом обжига их в печи. В тех случаях, когда изделие глазуруют по необожженному черенку, его сушат до остаточной влажности 0,2--1 %. Наиболее сложен и длителен процесс сушки сырца сложной конфигурации, получаемого из шликерной массы литьем в гипсовые формы (санитарно-техническая керамика).

Сушку керамических изделий производят в камерных сушилках периодического действия или в туннельных сушилках непрерывного действия. В качестве теплоносителя при сушке изделий грубой строительной керамики используют дымовые газы обжигательных печей, а также специальных топок. При сушке изделий тонкой керамики применяют горячий воздух, нагреваемый в калориферах.

Современные камерные сушилки оборудованы выносными или встроенными в стены камер лопастными реверсивными вентиляторами для создания интенсивной циркуляции теплоносителя внутри камер. С целью повышении равномерности сушки применяют подачу теплоносителя в сушилку с помощью «ротамиксеров», устанавливаемых на пол внутри туннеля или камеры. Ротамиксер представляет собой медленно вращающийся конусообразный металлический кожух со щелями по образующей, соединенный через дроссель с нагнетающим вентилятором. Подача теплоносителя через ротамиксер обеспечивает интенсивную циркуляцию его в сушилке и повышает равномерность сушильного процесса, способствуя тем самым сокращению сроков сушки и повышению качества изделий.
4.5 Обжиг изделий
Обжиг керамических изделий -- завершающая стадия их изготовления, при которой формируются основные свойства изделий: плотность, прочность, водостойкость, морозостойкость и др. При обжиге происходят сложные физико-химические процессы в глинообразующих минералах, примесях, содержащихся в глинах, и добавках.

При нагревании до 200°С происходит досушка изделия и удаление физически связанной воды. При дальнейшем повышении температуры до 300--400°С происходит окисление органических примесей или добавок, выделение летучих и их сгорание. Выгорание коксового остатка происходит при 700--800°С. Оно должно завершиться в период, когда керамический черепок еще остается пористым и газопроницаемым, иначе могут произойти деформации и растрескивание изделий.

Процесс обжига условно может быть разделен на три этапа: нагрев до максимальной температуры, изотермическая выдержка, охлаждение. Для каждого температурного интервала и вида изделий расчетно-экспериментальным путем определяют режим обжига.

Для обжига изделий строительной керамики чаше всего применяют туннельные печи.

В таких печах обжигают строительный кирпич, санитарно-техническую керамику, канализационные и дренажные трубы, шамотные и огнеупорные изделия, плитки.

Размеры рабочего туннеля печей колеблются в широких пределах: длина 60--120 м, ширина 1 --1,85 м, высота от пода вагонетки до замка свода 1 --1,93 м.

В конструкцию канала печи входят (кроме стен и свода) металлический каркас, лабиринтовые стыки стен и вагонеток с песочными затворами и песочницами, пескоуловители, смотровые и аварийные окна, топки, двери с торцов канала печи, камеры со шлюзовыми затворами, смотровые подвагонеточные подвалы (подподовый канал) и другие элементы.

По обеим сторонам печного канала располагается от 6 до 72 топочных устройств щелевого или межсадочного типов. Они могут находиться как в нижней части канала, так и под сводом. Из щелевых топок горячие газы направляются в развитый под печных вагонеток, из межсадочных топок -- в пространство между вагонетками. Через определенные промежутки времени вагонетки передвигаются механическими или гидравлическими толкателями на длину одной вагонетки. Непрерывная подача вагонеток повышает производительность печи на 10--12%, улучшает качество обжига и снижает отходы при обжиге. При непрерывном передвижении вагонеток устройство межсадочных топок исключается.

Печной канал условно разделяется на зоны подогрева, обжига, охлаждения и на позиции. Длина одной позиции обычно равна длине вагонетки. В печи длиной рабочего канала, на 44 позиции зона подогрева занимает 9 позиций (20%), обжига --16 позиций (37%), охлаждения --19 позиций (43%).

Зона подогрева заканчивается около топочных устройств. Она имеет воздушные завесы и каналы для отбора отходящих газов и подачи горячего воздуха в зоны охлаждения. Отбор отходящих газов осуществляется сосредоточенно через одно окно с каждой стороны печи или рассредоточение через систему окон и каналов с каждой стороны печи.

Зона обжига ограничивается участком, в пределах которого располагаются горелочно-топочные устройства. В начале зоны, со стороны подогрева имеются воздушные завесы, способствующие дожиганию продуктов сгорания, поступающих с участка восстановления, и перемешиванию топочных газов.

Зона охлаждения наибольшая и составляет до 60% печи. Она начинается от зоны обжига и простирается до конца печи. Суммарная длина зон подогрева и обжига должна быть не меньше длины зоны охлаждения. В зоне охлаждения имеются окна для отбора части горячего воздуха на сушку и к воздушным завесам печи. Эти завесы разделяют зоны с окислительной и восстановительной средами и начало зоны охлаждения. В конце зоны, у выгрузочного конца в печь вентилятором через специальные каналы подается атмосферный воздух для охлаждения вагонеток и обожженных изделий.

В каждой зоне поддерживается необходимая печная атмосфера: при обжиге фарфора в зоне подогрева и охлаждения - окислительная; в начале зоны обжига - восстановительная; в конце ее - слабо восстановительная, или нейтральная; при обжиге фаянса и майолики во всех зонах - окислительная газовая среда. Качественное различие газовой среды в каждой зоне достигается регулированием подачи топлива и воздуха для его сжигания.

Туннельные печи просты по устройству и имеют высокую производительность. К их недостаткам относятся большие (300 - 400° С) перепады температур по сечению печи в начале зоны подогрева, трудность механизации и автоматизации многоярусной установки изделий на этажерки вагонеток, низкий КПД.

В курсовой работе использован совмещенный агрегат для обработки кирпича-сырца, включающий в себя туннельную сушилку и туннельную обжиговую печь. Это допускается, так как данные агрегаты работают в непрерывном режиме.

Пройдя обжиг, вагонетки попадают на начальное загрузочное устройство, которое перемещает их на пути расположенные над буферным туннелем. Затем, кирпич снимается с вагонеток, устанавливается на поддоны и упаковывается в транспортные пакеты. После чего отправляется на склад готовой продукции, оборудованный мостовыми кранами для загрузки в автомобили.
5. Основы теории элементарных процессов и общие закономерности проведенияотдельных стадий технологического процесса
5.1 Процесс прессования
В процессе прессования керамических порошков происходит их уплотнение за счет перемещения частиц, их деформации и частичного разрушения.

После снятия прессующего давления происходит упругое расширение изделия, и оно тем больше, чем больше влажность порошка, выше скорость прессования, меньше однородность порошка по крупности зерен и больше содержание глинистой фракции. В некоторых случаях упругое расширение достигает 8--10 %. Причинами такого увеличения объема изделия после прессования являются упругое расширение запрессованного воздуха, обратимые деформации твердых частиц и адсорбционное расклинивание контактов водой, выжатой при прессовании в более крупные поры.

Упругое расширение прессовки приводит к возникновению трещин при расслаивании в изделиях. Основная причина их возникновения -- упругое расширение запрессованного воздуха. Количество запрессованного воздуха выражают коэффициентом запрессовки воздуха К_з.в, представляющим собой долю запрессованного воздуха в общем его объеме в порошке. Для тонкозернистых глинистых порошков К_з.в составляет 0,37--0,715, для грубозернистых отощенных порошков -- 0,303--0,57.

Запрессованный воздух создаст внутри изделия давление, которое зависит от влажности порошка: при влажности 6--8 % оно не превышает 2 МПа, при влажности 10--12 % достигает 10 МПа. С целью предотвращения появления трещин при расслаивании рекомендуется применять порошки наиболее однородные по крупности зерен и влажности, с небольшим содержанием глинистой фракции и использовать для формования прессы высокого давления с двухсторонним многократным ступенчатым приложением нагрузки. Для уменьшения количества запрессованного воздуха применяют смесители, приспособленные для вакуумирования пресс-порошков в процессе перемешивания.

Степень уплотнения порошков при прессовании характеризуется коэффициентом сжатия К_сж, т. е. отношением высоты засыпки в форму к высоте полученной прессовки. Зависимость коэффициента сжатия грубозернистых глиняных порошков от прессового давления описывается уравнением:

К_сж = арⁿ,

где р---прессовое давление, МПа; а и т-- константы, определяемые экспериментально.

В зависимости от свойств керамических порошков коэффициент их сжатия изменяется от 1,5 для пластичных глин до 2.5 для тощих.

Основным показателем деформативных свойств (прессуемости) керамических порошков является компрессионная кривая, отражающая зависимость осадки порошка при прессовании от удельного давления прессования. Компрессионные кривые носят затухающий характер. При увеличении давления осадка сначала интенсивно возрастает, затем снижается и при определенном давлении практически полностью прекращается. Для керамических порошков повышение давления сверх 30--40 МПа не дает ощутимого уплотнения прессовки.

При прессовании порошков происходит затухание приложенного давления по толщине изделия в соответствиис уравнением:

Р_Н = р₀е^-КН/R,

гдер_Н давление на расстоянии Н, см, от пуансона, МПа;

р₀--давление у Пуансона, МПа;

R гидравлический радиус прессовки (R=2F/П_р), см;

F -- плошадь поперечного сечения прессовки, см;

П_р -- периметр поперечногосечения прессовки, см;

К -- коэффициент, зависящий от внутреннего трения в массе и ее трения о стенки пресс-формы.

В соответствии с уравнением, неравномерность распределения усилий прессования по толщине изделия увеличивается с повышением Н и уменьшается с повышением R. Кроме того, давление прессования неодинаково по площади прессования из-за наличия бокового трения порошка о стенки формы. Это приводит к неравномерности получаемого давления.

Уменьшить перепады давления прессования и неравномерную плотность сырца можно пластификацией порошков, подогревом пресс-форм и правильным выбором режима прессования. Предпочтительно двухстороннее прессование при многократном (ступенчатом) приложении нагрузки с низким давлением в первый период для удаления воздуха и высоким давлением во второй период для окончательного прессования с паузой без нагрузки между этими периодами для наиболее полного удаления воздуха из порошка. При этом скорость нарастания давления во второй период должна быть в 5 - 6 рва выше, чем в первый, а общая продолжительность прессования не менее 1,5 - 3,5 с.

С повышением удельного давления прессования увеличивается прочность изделий. Оптимальное давление прессования, как правило, находится в пределах 15-- 40 МПа, в частности для формования изделий из порошков на основе глин давление прессования должно составлять 20--30 МПа, диатомитов 15--25 МПа, аргиллитов и отходов углеобогащения 25--40 МПа.