Щелевая РОЛИКОВАЯ печь для обжига керамических облицовочных плиток Пр. = 100 тыс. м2/г

 

 

 

 

 

Кафедра Строительных материалов и изделий

(Наименование)

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

По дисциплине Тепловые процессы в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов

 

На тему: Щелевая РОЛИКОВАЯ печь для обжига керамических облицовочных плиток Пр. = 100 тыс. м²/г

 

 

 

Исполнитель:

                                                                    (Ф. И. О.)

                          Руководитель:

                      (Ф.И.О, должность, уч. степень, уч. звание)

 

 

 

 

 

 

Работа допущена к защите «___» _________20___ г __________

                                                                                             (подпись)

 

Работа защищена  «___» _____ 20 __ г. с оценкой _______________

                                                                                                                                                     (оценка)                 (подпись)

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск, 2012

Содержание

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В каждой стране, в каждой культуре существовали, согласно их собственной керамической традиции, свои особые гончарные массы, техники глазурования и росписи, устоявшиеся каноны рисунка и орнамента керамических плиток.

В 70-е годы в результате соединения старых методов с новейшими технологиями появилось огромное количество различных видов продукции, выпускаемых промышленным способом. Сегодня предложение керамической плитки на рынке крайне разнообразно не только с эстетической точки зрения, но и с точки зрения различных технических характеристик продукции, т.к. область применения керамических плиток весьма обширна. Это - облицовка внутренних полов, открытых террас и дорожек, внутренних стен, фасадов зданий, лестниц, бассейнов, и т.д. А различное применение плитки обуславливает и различные требования к ней по морозостойкости, износостойкости, противоскольжению, и т.д.

Еще одна модная тенденция - это комбинирование керамической плитки с различными материалами (стеклом, металлом, деревом). Используется также сочетание нескольких форматов, благодаря чему можно добиться интересного декоративного эффекта.

Керамическая плитка - это не просто отделочный материал. Мир керамики подобен миру моды и тесно с ней связан. Здесь тоже разнообразие и смешение стилей, море цвета, фактуры, формы.

Знание основных мировых классификаций, основных типов плиток, имеющих свои устоявшиеся названия (котто, грес, клинкер, майолика, керамический гранит, и т.д.), параметров, характеризующих технические особенности плиток, необходимо для того, чтобы правильно выбрать данный вид напольного покрытия для конкретного объекта и продлить безремонтную жизнь пола, правильно за ним ухаживая. 

С внедрением поточно-конвейерных автоматических линий в керамической промышленности щелевые печи за последние годы получили большое распространение.

С ростом промышленности строительных материалов намечается дальнейшее превращение керамических производств в высокопроизводительные механизированные предприятия, оснащенные щелевыми печами для обжига керамических плиток разного назначения.

Щелевые печи с роликовым или сетчатым конвейерами, разработанные ПКБ НИИстройкерамики, предназначены для обжига керамических плиток для полов, облицовочных, мозаичных и фасадных. Они являются составной частью поточно-конвейерных автоматизированных производственных линий.

Экономическое преимущество щелевых печей по сравнению с туннельными состоит в значительном сокращении цикла обжига, экономии в 1,5—2 раза топлива, так как отсутствует расход теплоты на нагрев вагонеток. Исключен ряд трудоемких операций по укладке плиток в капсели или на вагонетки. Применение в этих печах систем автоматического регулирования режима позволяет повысить качество продукции обжига и уменьшить до минимума температурные перепады по поперечному сечению печи. Так, например, цикл обжига плиток для полов в роликовой щелевой печи при однорядной садке плотностью 1,05 м2/м3 составляет 42 мин, тогда как в туннельной печи длиной 88 м тс же плитки при плотности садки 22 м2/м3 обжигаются за 36 ч. Удельный расход условного топлива в щелевой печи составляет 2,8, а в туннельной 4,6 кг/м2.

 

1. Обоснование выбранного способа тепловой обработки                       (аналитический обзор)

Обжиг изделий  – постепенный нагрев до максимальной температуры, выдержка при ней и постепенное охлаждение до температуры окружающей атмосферы – основная технологическая операция при производстве всех видов изделий. В результате физико- химических процессов, протекающих в керамической массе при обжиге, она уплотняется, отдельные зерна сливаются в монолит, и обожженное изделие приобретает прочность и водостойкость. При обжиге изделий строительной керамики спекание в основном происходит за счет образование эвтектической жидкой фазы, растворения в ней некоторых компонентов и цементации ею всех кристаллических образований при охлаждении. В образовавшейся жидкой фазе за счет увеличивающихся сил поверхностного натяжения масса изделия уплотняется, пористость её уменьшается.

Для обжига керамических плиток применяют однорядные щелевые  печи с роликовым и сетчатым конвейерами для передвижения плиток в обжиговом пространстве. Процесс обжига разделяют на три периода: нагрева до максимальной температуры, выдержка, охлаждение. Для построения режимов обжига расчетным путем определяют  максимально допустимые скорости нагрева и охлаждения в различных интервалах температур. Затем, зная конструкцию и особенности данной туннельной печи (возможность перепадов температур по сечению обжигового канала, методы садки и т.д.), вводят поправочный коэффициент и путем некоторых корректировок в производственных условиях устанавливают режим обжига.

Один из недостатков  скоростного обжига – образование  чёрной сердцевины в теле плитки из-за невыгоревшего углерода, который  восстанавливает оксид железа в  закись. Черную сердцевину можно исключить, если при 850-950˚С сделать выдержку 15-25 минут (в зависимости от химического состава глины и толщины плиток). Выдержка при температуре выше 950˚С приводит не к уменьшению, а к увеличению черной сердцевины.

В остальных  интервалах температур режим скоростного однорядного обжига выбирают по максимальным скоростям нагрева и охлаждения, определяемым допустимыми термическими напряжениями изделий. Время выдержки при максимальных температурах для неглазурованных плиток должно составлять 4-8 минут, для глазурованных 5-20 минут.

Перспективными  материалами футеровки щелевых  печей является: для стен- кордиеритовая  пористая керамика с наддувом снаружи  холодного воздуха; для  свода  – плиты из каолинового волокна. Применение указанных материалов позволяет увеличить ширину обжигового канала на 350 миллиметров почти без увеличения длины роликов и, следовательно, увеличить производительность печи, значительно уменьшить удельный расход топлива (на 10-15 % ) и улучшить условия работы обслуживающего персонала путём значительного уменьшения температуры наружных стен печи.

Для обжига мелкоразмерных плиток, а также для снижения брака  по «слипышу» (приваривание плитки к  глазурованной поверхности другой плитки) и для улучшения качества глазурного покрытия печи политого обжига часто выполняют с сетчатым конвейером вместо роликового. Сетка изготавливаемая из проволоки ХН70Ю (ГОСТ 127661-77 ), передвигается по приводным роликам. Сетка и ролики имеют самостоятельные приводы. Печи с сетчатым конвейером могут быть муфельные или электрические. При прямом обогреве сетки срок её службы значительно уменьшается. При электрическом нагреве в зонах подогрева и обжига устанавливают сводовые и подовые проволочные нагреватели типа «зигзаг». Диаметр проволоки нагревателей 5 миллиметров, материал – сплав Х15Н60.

Щелевые печи с  сетчатым конвейером имеют и недостатки. Основные из них: удельный расход топлива  на 15-20 % больше и расход жаропрочных  сплавов (в пересчёте на никель) в 6-8 раз больше, чем в роликовых; срок службы сетки 6-9 месяцев.

В последние  годы такие печи политого обжига плиток внутренней облицовки стен модернизируют  с установкой только верхних горелок. Это дает возможность снизить  расход топлива каждой печью на 450-550 т усл. топлива в год и увеличить  срок службы сетчатого конвейера в 1,5-2 раза.

Для отопления  роликовых печей в зонах подогрева  и обжига с обеих сторон в шахматном  порядке устанавливают газовые  инжекционные горелки среднего давления полного предварительного смешения типа В 21, В 24, В 28 и В 32 конструкции института Стальпроект.

 

 

2. Технологическая часть

2.1 Характеристика вида  продукции и технология ее  изготовления

Получение определенных типов керамических плиток (в соответствии с техническими характеристиками) в первую очередь  зависит от технологии производства. На рис.1 представлены основные этапы различных технологических циклов и перечислены основные типы керамических плиток, которые они позволяют получать.

Рис.1 
Технологические циклы производства различных типов керамической плитки

Секретом получения качественного нового материала является тщательно отработанный технологический процесс производства, который непрерывно совершенствуется. В основе его - обжиг при высокой температуре, варьирующейся в зависимости от типа материала от 900 до 1 200 °C. Для производства используется самый разнообразный природный сырьевой материал. Корпус плитки готовится из смеси глины (для придания пластичности), кварцевого песка (для придания твердости корпусу плитки) и полевого шпата (для придания плавкости). Для приготовления глазури используется песок, каолиновые глины, предварительно заготовленная стеклянная крошка, а также пигменты на основе оксидов (для придания цвета).

Для изготовления корпуса плитки сырьевые материалы  тщательно измельчаются и перемешиваются для получения совершенно однородной массы для последующей формовки. Для формовки применяется два метода - прессование и экструзия. Прессованная плитка получается из порошкового раствора, который уплотняется и прессуется под высоким давлением. Экструдированная плитка получается при помощи пропускания через соответствующие отверстия влажной смеси сырьевых материалов, придавая ей конечный вид.

Метод прессования  позволяет жестче контролировать размер, и, вдобавок, получать поверхность лучшего  качества.

После формовки плитки, прежде всего, высушиваются для удаления небольшого содержания влаги. Затем подвергаются обжигу (неглазурированная плитка). Химические и физические характеристики - плотность, устойчивость к механическим и химическим воздействиям - она приобретает в процессе обжига. При обжиге высокая температура придает материалу устойчивость к агрессивным химическим веществам и физическим воздействиям окружающей среды.

Керамические  плитки подразделяются на неглазурованные  и глазурованные. Глазурь (нем. Glasur, от Glas - стекло) - стекловидное защитно-декоративное покрытие на керамике, закрепляемое обжигом (прозрачное или непрозрачное, бесцветное или окрашенное).

Неглазурованные плитки практически  однородны по всей толщине и обычно не имеют никаких декоративных рисунков.

Глазурованные плитки могут  быть одинарного обжига и двойного (на первично обожженное изделие наносится  эмаль, и оно подвергается повторному обжигу).

В результате различных  вариантов сочетания технологических  процессов (например, разовый обжиг  или двойной обжиг), использования разного исходного материала (белые и красные глинистые породы), а также формовки (прессовка или экструзия), производятся различные виды керамической плитки.

Плитка  однократного обжига

Изделие получается путем прессования смеси сырьевых ингредиентов. Цвет обожженной смеси колеблется от светло-желтого до темно-коричневого в зависимости от содержания железа в глине и от пористости. Большинство керамических плиток однократного обжига изготавливается из светлой смеси: это связано с ее производственными преимуществами, а также с большим спросом на рынке.

Спрессованная смесь подвергается глазурованию, а  следом однократному обжигу, что обеспечивает хорошее прилипание глазури к смеси.

Керамическая  плитка может изготавливаться с  плотной как стекло или пористой основой. Это чрезвычайно важная характеристика плитки, т.к. от пористости зависит и водопоглощение, которое  в свою очередь определяет ее морозостойкость, механическую прочность и, следовательно, область применения. В зависимости от водопоглощения керамических плиток необходимо подбирать и подходящие материалы для их укладки.

Низкопористая керамическая плитка пригодна для устройства внутренних и наружных полов и характеризуется высокой стойкостью к механическим агентам и морозу. Изделия подвергаются повышенной усадке в процессе обжига, и поэтому продаются разделенными на партии по калибру.

Высокопористая  плитка однократного обжига изготавливается из специальной смеси, рассчитанной на предупреждение усадки в процессе обжига: поэтому возможна укладка плитки с узким швом. Изделие имеет повышенную пористость (большее водопоглощение) и низкую механическую прочность, что делает его пригодным только для облицовки стен.