Курсовая работа. Курсовая работа "Производство керамического кирпича"
 Скачать 111.19 Kb.
|
|
5.2 Процесс сушки Сушка представляет собой сложный теплофизический процесс, связанный с тепло- и массообменом между высушиваемым сырцом и окружающей средой. В процессе сушки происходит перемещение влаги внутри материала от центральных слоев к поверхности материала (внутренняя диффузия) и испарение влаги с поверхности материала во внешнюю среду (внешняя диффузия). Интенсивность внутренней диффузии тем выше, чем больше градиент влажности, температуры и давления на поверхности и в центре изделия. Если температура материала в центре превышает температуру его поверхностных слоев (например, при сушке пароувлажненного кирпича), то градиент температуры способствует процессу сушки, в противном случае он притормаживает продвижение влаги из внутренних слоев к наружным. Градиент давления возникает в материале при перемешивании «зеркала испарения» влаги во внутреннее слои, где создается избыточное давление водяных паров.  Интенсивность внешней диффузии тем выше, чем выше температура, скорость и ниже влажность теплоносителя. Несоответствие между внутренней и внешней диффузиями с опережением последней обусловливает перепад влагосодержания в изделиях и соответствующий перепад усадочных деформаций: поверхностные слои высушиваются быстрее и имеют большую усадку, чем внутренние. Это приводит к возникновению в период сушки растягивающих напряжений в поверхностных слоях в сжимающих напряжений во внутренних и, в случае превышения предела прочности материала, - к появлениюсушильных трещинв поверхностных слоях.Усадочные деформации прекращаются, когда влажность массы снизится до критической, которая для пластичных глин составляет 10-20%, для каолинов -- 25--30 %, при этом твердые частицы материала, перемещающиеся в процессе сушки под влиянием капиллярных сил, входят в соприкосновение между собой и дальнейшееих перемещение практическипрекращается. Длякирпича пластического формования усадочные деформации незначительны при влажности 16-16 % и полностью прекращаются при влажности 10-12 %. По достижении критической влажности начинается второй период сушки -- период падающей скорости. В этот период во внутренних слоях вследствие продолжающегося процесса их сушки и появления «недопущенной» усадки возникают растягивающие напряжения, которые могут привести к появлению третей внутри изделия. Второй период менее опасен в отношении образования трещин; его можно интенсифицировать, измелив параметры теплоносителя. Трещиностойкость высушиваемых изделий зависит от свойств материала и от режимных факторов. Повысить трещиностойкость изделий при сушке можно, увеличивая прочность и растяжимость сырца введением опилок, высокопластичных глин, добавок гипса и ПАВ; вакуумироваиием глины, повышая коэффициент влагопроводности материала отощением массы и введением ПАВ; понижая усадку массы добавкой отощителей; увеличивая термодиффузию паровым увлажнением и прогревом глины, что приводит к повышению обшей интенсивности внутренней диффузии; понижая коэффициент влагоотдачи орошением мундштука пресса влагозадерживающими составами и применяя накатку сырца с уплотнением поверхностных слоев, что приводит к уменьшению интенсивности внешней диффузии; повышая парциальное давление водяных паров теплоносителя его циркуляцией. 5.3 Процесс обжига 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.  При нагревании глинистых минералов до 500--600°С (для каолинита) и до 700°С и выше (для других минералов) происходит их дегидратация с разрушением кристаллической решетки и потерей глиной пластичности. При более высоких температурах (до 830-- 850°С) происходит распад глинистых минералов на первичные оксиды с образованием г-глинозема и кремнезема. В интервале 920--980 °С г-глинозем переходит в б-глинозем и начинает образовываться новый минерал -- муллит: 3Al2O3·2SiO2. Интенсивность этого процесса увеличивается в интервале 1000"--1200°С.Муллит является наиболее ценным кристаллический новообразованием в керамических материалах, оказывающим решающее влияние на прочность, термостойкость и другие свойства изделий. В гидрослюдистых и монтмориллонитовых глинах наряду с муллитом в интервале 850--1200°С образуются шпинели, которые при 1300°С расплавляются в стекле. При 1200--1240°С происходят кристаллизация кристобалита из аморфного кремнезема. Кристобалит препятствует спеканию глины, снижает термостойкость изделий, разрыхляет образующийся при обжиге черепок и увеличивает его водопоглощение. Вредное действие кристобалита может быть ослаблено введением тонкомолотого нефелинового сиенита и полевошпатных добавок, интенсифицирующих процесс образования стеклофазы, растворяющей кристобалит. В примесях, содержащихся в глинах, и добавках при обжиге изделий тоже происходят физико-химические процессы. Песчаные примеси, представленные в основном в-кварцем, претерпевают модификационные превращения с объемными изменениями, наиболее значительными при 573 °С (переход в б-кварц) и 1050°С (переход в б-кристобалит). Образовавшиеся при обжиге модификации кварца в процессе охлаждения изделия переходят в в-форму тоже с объемными изменениями, которые могут привести к растрескиванию черепка. Кроме того, при охлаждении изделий в них могут возникнуть напряжения в результате перехода материала из пиропластического состояния в хрупкое и наличия перепада температур по объему изделия. В связи с этим при обжиге керамических изделий, особенно в период охлаждения в определенных температурных интервалах (800--780°С, 650--500°С, 300--200°С), необходимо уменьшить скорость изменения температуры для локализации напряжений от модификационных превращений кварца, от перепада температур и перехода материала в камнеподобное состояние. Карбонатные примеси при нагревании разлагаются с выделением СО2, а оставшийся СаО, вступая в реакцию с компонентами глины, образует легкоплавкие стекла, снижающие температурный интервал ее спекания, что ухудшает условия обжига и может привести к деформациям изделий. Железистые примеси при обжиге в окислительной среде не оказывают существенного влияния на качество изделий, а при обжиге в восстановительной среде при температуре ниже 1000°С восстанавливаются в закислые формы, образуя легкоплавкие железистые стекла и способствуя уплотнению керамического черепка. Все рассмотренные процессы, происходящие в глинистых минералах, добавках и примесях, в значительной мере взаимосвязаны. В результате взаимодействия различных компонентов шихты происходит спекание керамических масс. Спекание происходит за счет сил поверхностного натяжения образующейся жидкой фазы (жидкостное спекание), реакций в твердой фазе и кристаллизации новообразований. Спекание сопровождается огневой усадкой изделий. Чем выше температура, тем больше образуется жидкой фазы и тем в большей степени химически активный расплав растворяет твердые компоненты массы с образованием новых соединений, а, следовательно, интенсивнее происходит спекание. Однако избыток расплава может привести к деформации изделий.  Спеканию способствует дисперсность исходных компонентов массы: чем выше дисперсность, тем больше поверхность контакта частиц и выше их реакционная способность. Восстановительная газовая среда расширяет интервал спекания, интенсифицирует процесс спекания и снижает его температуру на 100--150°С. Однако при этом наблюдается недожог топлива и очень интенсивно происходят усадочные процессы, которые могут привести к деформациям изделий. Для повышения прочности и морозостойкости изделий рекомендуется проводить комбинированный обжиг: при низких температурах (до 500--600°С) в окислительной среде, при высоких температурах (600--900°С) -- в восстановительной и в зоне выдержки при максимальной температуре -- снова в окислительной.6. Производственная программа предприятия Общие исходные данные для технологических расчетов:
6.1 Расчет производственной программы цеха Эффективный фонд времени работы оборудования Тэф. определяем по формуле: - для непрерывного производства : Тэф = Ткал. Кисп., где Ткал. - календарный фонд работы оборудования, маш.-ч; При непрерывном режиме, Ткал.- 8760 маш./ч: Кисп. - коэффициент использования оборудования во времени, рассчитывается, согласно, Кисп. - 0,81. Тогда, Тэф = 8760 * 0,81 = 7095 маш.-ч. Часовая производительность Q час. технологического комплекса: Q час. = Q год. (4) Q год. - годовая производительность технологического комплекса, Q год. = 3 млн. шт. усл. кирпича Q час. = 1000000 / 7095 = 141 шт/ч Сменная производительность Q смен. : Q смен. = Q час. ? t см Q смен. = 141 ? 8 = 1128 шт/см Суточная производительность Q сут. : Q сут. = Q смен. ? Zсм Q сут. = 1128 ? 3 = 3 384 шт/сут Найдем массу одного кирпича размером 250 х 120 х 65 (мм). Плотность кирпича 1600 кг / м3. m = p V; Площадь кирпича: S = a ? b = 250?120 = 30000 мм2 = 0,03 м2. Объем кирпича: V = 0,03?0,065 = 0,00195 м3. Масса 1 кирпича = 1600 ? 0,00195 = 3,12 кг. При условии, что масса одного кирпича m = 3,12 кг, часовая Q час., сменная Q смен. и суточная Q сут. массовые производительности соответственно составят.: Q час. = Q час. · m = 141 · 3,12 = 439,92 кг/ч. = 0,44 т/ч. Qсмен. = Q смен. · m = 1 128 ·3,12 = 3 519,36 кг/см. = 3,52 т/см. Q сут. = Q сут. · m = 3 384 ·3,12 = 10 558,08 кг/сут. = 10,56 т/сут.Масса выпускаемого кирпича в тн: 1 000 000 ·3,12/1000 = 3 120 т. 6.2 Материальный баланс производства  1. Производительность завода 1000000 * 3,12 = 3120000 кг/год = 3 120 т/год . Масса кирпича, поступающего на склад с учетом боя при разгрузке на выставочной площадке 3120*100/(100-2) = 3 183,67 т/год Бой на складе 3 183,67 - 3 120 = 63,67 т/год. Масса кирпича, поступающего на обжиг с учетом брака при обжиге 3 183,67 *100/(100-3) = 3 282,13 т/год Брак при обжиге 3 282,13 - 3 183,67 = 98,46 т/год. Масса кирпича, поступающего на обжиг с учетом остаточной влажности после сушки 3 282,13 *100/(100-6) = 3 491,63 т/год Потери влаги при обжиге 3 491,63 - 3 282,13 = 209,5 т/год. Масса кирпича, поступающего на обжиг с учетом п.п.п. 3 491,63 *100/(100-6,33) = 3 727,59 т/год Потери при прокаливании 3 727,59 - 3 491,63 = 235,96 т/год. Масса кирпича, поступающего на обжиг с учетом брака при садке на вагонетки обжига 3 727,59 *100/(100-0,5) = 3 746,32 т/год Потери при садке на вагонетки обжига 3 746,32 -3 727,59 = 18,73 т/год 7. Масса кирпича, поступающего на сушку с учетом брака при сушке 3 746,32 *100/(100-2) = 3 822,78 т/год Брак при сушке 3 822,78 -3 746,32 = 76,46 т/год 8. Масса кирпича, поступающего на сушку с учетом формовочной влажности 3 822,78 *(100-6)/(100-21) = 4 548,63 т/год Потери влаги при сушке 4 548,63 - 3 822,78 = 725,85 т/год 9. Масса кирпича, поступающего на сушку с учетом брака при садке на вагонетки сушки 4 548,63 *100/(100-0,5) = 4 571,49 т/год Потери при садке на вагонетки сушки 4 571,49 - 4 548,63 = 22,86 т/год 10. Масса шихты, поступающей на формование с учетом брака при формовании 4 571,49 *100/(100-0,5) = 4 594,46 т/год Брак при формовании (возвратный) 4 594,46 - 4 571,49 = 22,97 т/год 11. Масса шихты, поступающей в смеситель с учетом пароувлажнения 4 594,46 *(100-21)/100-(21-0,4) = 4 571,32 т/год Вода на пароувлажнение 4 594,46 - 4 571,32 = 23,14 т/год с учетом потерь 4 571,32 *100/(100-0,05) = 4 573,61т/год Потери при перемешивании 4 573,61 - 4 571,32 = 2,29 т/год 12. Масса шихты, поступающей на вальцы тонкого помола с учетом потерь 4 573,61 *100/(100-1) = 4 619,81 т/год Потери 4 619,81 - 4 573,61 = 46,2 т/год 13. Масса шихты, поступающей на дозирование с учетом потерь 4 619,81 *100/(100-0,1) = 4 624,44 т/год Потери 4 624,44 - 4 619,81 = 4,63 т/год 14. Масса шихты, поступающей на камневыделительные вальцы с учетом потерь 4 624,44 *100/(100-0,1) = 4 629,07 т/год Потери при камневыделении 4 629,07- 4 624,44 = 4,63 т/год 15. Масса глины, поступающей на дозирование с учетом потерь 4 629,07*(100-20,6)/100-(20,6-0,4) = 4 605,87 т/год Потери 4 629,07- 4 605,87= 23,2 т/год 16. Масса глины, поступающей на рыхление с учетом потерь 4 605,87*100/(100-0,05) = 4 608,17 т/год Потери при рыхлении 4 608,17 - 4 605,87= 2,3 т/год 17. Масса глины с учетом транспортных потерь 4 608,17 *100/(100-0,02) = 4 609,1 т/год Потери при транспортировке 4 609,1 - 4 608,17 = 0,93 т/год Масса глины 4 609,1 т/год Материальный баланс производства
|
