Современные тепловые установки в производстве керамического кирпича

Образование жидкой (стекловидной) фазы в гидрослюдистых глинах начинается по крайней мере с 700°С, но заметное развитие эти фазы получают лишь при температурах на 150-200°С выше. Появление стеклофазы содействует дальнейшему растворению в ней некоторой части минеральных составляющих глины и новому минералообразованию. Стеклофаза обеспечивает спекание и образование черепа. С физической стороны действие стеклофазы характеризуется усадкой изделия. В зависимости от степени развития стеклофазы, что регулируется выдержкой и созреванием черепа, можно сообщить ему ту или иную плотность (пористость). Именно в этом процессе и состоят операции выдержек - «взвар» и начала охлаждения - «закал», которые необходимо осуществлять: «взвар» - в пределах температур 980-1000°С и «закал» - до 800°С, а также длительностей для получения кирпича должного качества - ярко-красного (не алого) по цвету и звонкого при ударе. Кроме того, выдержка необходима для выравнивания температурного поля в печи.

Спекание материала - существенный момент процесса обжига, так как к этому времени заканчивается формирование керамического изделия. Окончание спекания изделия характеризуется прекращением его усадки. Условными показателями спекшегося материала являются его водопоглощение.

Спекаемость глины зависит от содержания в ней плавней и степени их дисперсности.

На процесс формирования керамического черепка влияют: химический и гранулометрический состав сырья, соотношение компонентов в массе, а также температурно-газовый режим обжига.

Процесс спекания первоначально пористого тела начинается с образования контактов между частицами и их роста по мере повышения тем пера туры. Модель стадии припекания двух сферических частиц с образовавшейся перемычкой представлена на рис. 6.4. Вогнутая поверхность образующейся перемычки, растягиваемая силами поверхностного натяжения, становится участком повышенной концентрации вакансий, т. е. их источником. Выпуклая часть поверхности, сжимаемая силами поверхностного натяжения, а также межкристаллическая граница на участке контакта являются поглотителями вакансий. Таким образом, объемный диффузионный поток атомов направляется на поверхность перешейка и увеличивает его диаметр. Поскольку часть потока вещества, направленного к поверхности перешейка, выносится из области межчастичного контакта, частицы сближаются, происходит усадка и уплотнение пористого тела. На рис.6.4 показано: г0 - радиус частиц; - расстояние между центрами сфер в момент начала припекания частиц; максимальное сближение до соприкосновения сфер

 

( )

 

Схема спекания с участием жидкой фазы и стягивания двух твёрдых сферических частиц

 

Рис.6.4.

 

Действительный процесс намного сложнее приведенной модели, что обусловлено разнообразием формы, размеров припекающихся частиц и конфигурации контактов между ними; присутствием других источников образования и стока вакансий; наличием не только объемной, но и поверхностной диффузии /1/.

Образующиеся в процессе обжига глин и керамических масс легкоплавкие соединения проявляют себя двояким образом. Во-первых, они действуют химически, растворяя частицы минералов, образуя жидкую фазу и выделяя из раствора новые, более устойчивые мниералообразования, именуемые эвтектическими смесями. Во-вторых, они действуют физически, благодаря своей энергии поверхностного натяжения, сближая и уплотняя твердые частицы глины.

Обжиг изделий грубой строительной керамики ведется до появления минимального количества легкоплавких соединений, которые связывают дегидратированные частицы глинообразующих минералов и зерна кварца, что и обеспечивает достаточную механическую прочность изделий.

Охлаждение обожженных изделий — не менее ответственная операция. При 800-780°С череп изделия строительной керамики находится в пиропластическом состоянии и переходит в твердое состояние, поэтому необходимо замедлять охлаждение во избежание появления напряжений, которые могут разрядиться местными разрывами (трещинами). Считают опасным также участок 650- 500°С в связи с обратимым превращением

 

.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод что, большое значение имеет подбор температурного режима обжига. Он должен быть таким, чтобы реакции дегидратации, декарбонизации, окисления и восстановления отдельных компонентов, составляющих глину, не налагались бы на реакции образования легкоплавких эвтектик. Эти реакции должны следовать одна за другой, но практически, вследствие сложного состава керамических масс, образование жидких соединений начиняется обычно ранее, чем закончатся декарбонизация, окисление и т. д.

Температурный режим при выдержке и охлаждении определяется главным образом видом, формой и размерами изделий, а также температурным интервалом модификационных превращений в материале /3/.

 

 

7. Контроль  производства по цеху

 

Современный этап производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов характеризуется расширением ассортимента, повышением качества, возрастанием единичной мощности технологических линий, внедрением поточных технологий. Все это требует коренного совершенствования структуры, методов и средств контроля производства.

Технический контроль – это проверка соответствия объекта (материала, изделия или процесса) установленным требованием, что относится к системе государственных испытаний, а значит, подчиняется правилам стандартизации и сертификации.

Стандартизация – деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного использования реально существующих или потенциальных задач. Результатом этой деятельности является разработка нормативных документов. В зависимости от специфики объекта стандартизации и содержание установленных к нему требований различают стандарты основополагающие, на продукцию или услуги, а также стандарты на процессы, на методы контроля (испытаний, измерений, анализа).

Сертификация – подтверждение соответствия товара обязательным нормативным требованиям, которое сопровождается выдачей сертификата соответствия.

Любой контроль можно свести к осуществлению двух этапов:

• получение первичной информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств;
• сопоставление первичной информации с заранее принятыми требованиями, нормами, критериями, обнаружение соответствия или расхождений фактических и требуемых данных, что дает вторичную информацию.

Вторичная информация используется для выработки соответствующих управляющих воздействий, совершенствование производства, повышения качества продукции и т.п.

Основными задачами системы контроля являются:

• определение качества поступающих на завод материалов;
• установление состава и свойств потоков материалов в процессе производства;
• слежение за параметрами технологического процесса по всем производственным переделам;
• контроль качества и сертификация (паспортизация) продукции;
• анализ и обобщение результатов контроля по всем переделам с целью совершенствования технологического процесса.

Для решения этих задач система контроля производства должна включать в себя ряд подсистем.

Подсистема общезаводского технологического контроля (центральная заводская лаборатория) должна обеспечивать определение состава и свойств исходного сырья, топлива, добавок, вспомогательных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции в объеме, достаточном для практического осуществления процесса оптимизации производства по всему заводу.

Подсистема оперативного технологического контроля (обслуживающий персонал основного производства, цеховые лаборатории) занимается определением состава и свойств материалов на входах и выходах конкретных технологических участков производства и контролем соответствия получаемых результатов требуемым значениям. Объем определений здесь должен быть минимально необходимым и не требующим сложного оборудования для осуществления контроля.

Подсистема параметрического контроля (служба контрольно-измерительных приборов и автоматизированных систем управления, КИП и АСУ) оценивает состояние оборудования и режимы его работы, контролирует технологические параметры, измеряет расходы в технологических потоках, уровни в емкостях и т.д.

Подсистема технического контроля (отдел технического контроля, ОТК) обеспечивает контроль качества и соответствие выпускаемых материалов и изделий действующей нормативной документации (государственным или отраслевым стандартам, техническим условиям, стандартам предприятия), а также осуществляет сертификацию (паспортизацию) продукции. В функции ОТК входит не только фиксирование появления некачественной продукции, но и предупреждение подобных фактов. С этой целью ОТК контролирует качество поступающих на предприятие материалов, соблюдение установленной технологии, устанавливает причины, вызывающие брак и снижающие качество продукции. ОТК также оформляет необходимые акты и добивается устранения причин негативных явлений и их последствий. ОТК проводит свою работу в тесном контакте с заводской и цеховыми лабораториями.

 

 

8. Материальный баланс цеха формования, сушки и обжига

 

Исходные данные:

Производительность – 10млн. шт./год.

Нормы потерь по переделам:

- при  формовании – 0,5%

- при  сушке – 2%

- обжиге  – 4%

Масса кирпича (полнотелого) – 3,5кг

Влажность формовочной массы – 18%

Влажность полуфабриката после сушки – 7%

Влажность карьерной глины – 17%

Влажность опилок – 40%

Влажность шамота – 5%

Ппп глины – 5%

Ппп опилок – 100%

Ппп шамота– 0%

Насыпная плотность:

ρглины=1,8т/м3

ρопилок=0,2т/м3

ρшамота=1,8т/м3

Произведем пересчет состава шихты из объемных процентов в массовые:

 

m= ρ1*V1+ ρ2*V2+ ρ3*V3+ ρ4* V4=m1+m2+m3+m4,

 

где ρ1,ρ2,ρ3,ρ4 – насыпная плотность глины, песка, золы,шамота.

V1,V2,V3,V4 – объемная доля глины, песка,золы,шамота

m1,m2,m3,m4 – масса глины, песка, золы, шамота, входящая в 1м3 шихты.

m= 1.8*0.83+0,2*0.1+1.8*0.07=1.64т/м3

 

Расчет весовых процентов компонентов в шихте ( с учетом их влажности):

 

mгл=m1*100/m=1.494*100/1.64=91,1%

mоп= m2*100/m= 1,22%

mшам=m3*100/m=7,68%

 

mгл,mоп,mшам– весовые проценты глины, опилок, шамота.

Пересчет шихтового состава на абсолютно сухие компоненты.

а) абсолютно сухая глина в 100гр весовой массы шихты.

 

q1= mгл*(100-W)/100= 91,1*(100-17)/100=75,61 вес.ч.

 

б) абсолютно сухие опилки в 100гр весовой массы шихты

 

q2=mоп*(100-W)/100=1,22*(100-40)/100=0,73 вес.ч.

 

в) абсолютно сухой шамот в 100гр весовой массы шихты

 

q3=mшам*(100-W)/100= 7,68*(100-5)/100=7,3 вес.ч.

 

Весовые проценты абсолютно сухой глины:

 

Qгл= (75,61/83,64)*100=90,43%

 

Весовые проценты абсолютно сухих опилок:

 

Qоп= (0,73/83,64)*100=0,87%

Весовые проценты абсолютно сухого шамота:

 

Qшам= (7,3/83,64)*100=8,7%

 

Пересчет ппп керамической массы:

 

5*90,43/100+0,87*100/100=5,39%

 

Расчет:

Производительность завода:

 

10000000*3,5/1000=35 000(т/год)

 

Масса кирпича поступающего на склад готовой продукции:

 

105000*100/(100-3)=36082,47(т/год)

 

Бой кирпича составляет: 36082,47-35000=1082,47(т/год)

Масса кирпича, поступающего на обжиг с учетом брака обжига 1,5%

 

36082,47*100/(100-4)=37585,91(т/год)

 

Брак обжига составил:

 

37585,91-36082,47=1503,44(т/год)

 

- масса кирпичей с учетом ппп:

 

37585,91*100/(100-5,39)=39727,21(т/год)

 

Потери за счет ппп:

 

39727,21-37585,91=2141,3(т/год)

 

- с учетом  остаточной влажности 7% масса полуфабриката составит:

 

39727,21*100/(100-7)=42717,43( т/год)

 

Масса испаряемой при обжиге влаги:

 

42717,43-39727,21=2990,22(т/год)

 

Масса кирпичей, поступающих на садку на обжиговые вагонетки

 

42717,43*100/(100-0,5)=42932,09(т/год)

 

Брак при сушке:

 

42932,09×100/(100-2)=43808,25(т/год)

43808,25-42932,09=876,16(т/год)

 

Масса кирпича сырца поступающего на сушку с W=18%