Производство силикатного кирпича

Содержание в песке пылевидных, илистых и глинистых частиц размером менее 0,05 мм должно быть не более 10%, в том числе глинистых частиц размером менее 0,005 мм – не более 2%; содержание слюды – не более 0,5%.

Содержание в песке  сернистых и сернокислых примесей в пересчете на SO₃ должно быть не более 2%, а щелочей (в пересчете на Na₂О) не более 3,6%

Известь. Известь является второй составной частью сырьевой смеси, необходимой для изготовления силикатного кирпича.

Сырьём для  производства извести являются карбонатные  породы, содержащие не менее 95% углекислого кальция CaCO_3. К ним относятся известняк плотный, известняковый туф, известняк-ракушечник, мел, мрамор.

Известняк состоит  из известкового шпата – кальцита – и некоторого количества различных  примесей: углекислого магния, солей железа, глины и др. Если содержание глины в известняках более 20%, то они носят название

мергелей. Известняки с большим содержанием углекислого  магния называются

доломитами.

Мергель является известково-глинистой породой, которая  содержит от 30 до 65% глинистого вещества. Следовательно, наличие в нем углекислого кальция составляет всего 35 – 70%. Мергели совершенно не пригодны для изготовления из них извести и поэтому не применяются для этой цели.

Доломиты относятся  к карбонатным горным породам, состоящим из минерала доломита (СаСО₃*МgСО₃). Так как содержание в них углекислого кальция менее 55%, то для обжига на известь они также непригодны. При обжиге известняка на известь употребляют только чистые известняки, не содержащие большого количества вредных примесей в виде глины, окиси магния и др.

Таблица 3.4.3 - Характеристика комовой извести.

Содержание непогасившихся зерен, %	Скорость гашения, мин.	Температура гашения,0С	Содержание СаО+MgO, %	Содержание СО2	Гидратная вода, %
до 25	2	65-75	до 75	6	2

 

К извести предъявляют  следующие основные требования:

1) известь должна  быть быстрогасящаяся, т. е.  время гашения ее не должно  превышать 20 мин.; применение медленногасящейся  извести снижает производительность  гасительных установок; 

2) сумма активных окислов кальция и магния (СаО+МgО) в извести должна составлять не менее 85%;

3) содержание  окиси магния в извести не  должно превышать 5%, так как  магнезиальная известь гасится  медленно;

4) содержание  недожженной извести не должно  превышать 7%, так как она не активна и не влияет на твердение кирпича при запаривании, а является балластом, увеличивающим расход извести и удорожающим себестоимость готовой продукции;

5) известь не  должна быть пережженной, так  как в таком виде она медленно  гасится и вызывает растрескивание кирпича в запарочных котлах (автоклавах).

  Вода. Вода, используемая для гашения извести и увлажнения силикатной массы, должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79. Нельзя использовать болотные, сточные воды без предварительной очистки. При производстве силикатного кирпича воду применяют на всех стадиях производства: при гашении извести, приготовлении силикатной массы, прессовании и запаривании кирпича-сырца, получении технологического пара. Природная вода никогда не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит различные примеси, попавшие в нее из воздуха (растворенные газы, пыль, микроорганизмы).

 Растворенных веществ в такой  воде немного и поэтому она  называется мягкой. Вода, содержащая  большое количество углекислых солей кальция и магния (карбонатных), называется жесткой. Применять жесткую воду в промышленных целях, например для получения технологического пара, без предварительного умягчения ее нельзя, иначе при кипении воды на стенках промышленных котлов образуется накипь, которая выводит их из строя.

 

Таблица 3.4.4 - Вода по ГОСТ 23732-99

Водородный показатель	не менее 4
Содержание сульфатов, мг/л	2700
Содержание всех солей, мг/л	не более 5000
Содержание взвешенных частиц, мг/л	200

 

 

 

 

 

 

 

 Результаты расчетов сводим в таблицу потребности сырьевых материалов.  Результаты, представленные в таблице необходимы для выбора и расчета основного технологического оборудования

 

Таблица 3.4.5 - Расход сырьевых материалов

Наименование сырья	Расход, штук / год
	год	сутки	смена	час
Кварцевый песок (89%)	445 000 000	1 219 178	406 393	50 799
Комовая известь (7%)	35 000 000	95 890	31 963	3 995
Вода (4%)	20 000 000	54 795	18 265	2 283

 

 

3.5 Технологическая  схема производства

 

Доставка песка  на завод осуществляется железнодорожным транспортом. Складируется песок на открытой площадке. Со склада песок поступает на грохот для выделения крупных включений. Из барабанного грохота большая часть песка (90%) поступает в бункер в качестве заполнителя, а остальная часть (10%) отправляется в другой бункер, из которого затем поступает в шаровую мельницу для совместного помола с негашеной известью. Мельница представляет собой цилиндр, вращающийся на полых втулках. Внутреннее пространство мельницы разделено на  камеры. В первой камере осуществляется грубый помол. Во второй камере происходит более тонкое измельчение. Измельченная известь направляется в бункер вяжущего. Отделение, где происходит приготовление известково-кремнеземестого вяжущего, называют помольным. В зависимости от мощности  применяют различные трубные шаровые мельницы. Во избежание замазывания узких горловин мельниц влажным песком рекомендуется удалить из передней цапфы мельницы втулку с расположенными внутри нее по винтовой линии невысокими гребнями, а взамен установить и закрепить шнек, входящий наружу, и неподвижный корпус. В результате получается винтовой смеситель, в котором влажный песок подсушивается мелкодробленной известью, сухая смесь бесперебойно поступает в мельницу и сразу подвергается помолу. 

Из расходных  бункеров песок (90%),  воду и продукт помола весовыми дозаторами подают в лопастной смеситель. Тщательно перемешанная смесь, с влажностью порядка 7-9%, направляется в реакторы гашения, представляющие собой силосы. Прогашеная  смесь, с влажностью около 3-4%, поступает в стержневой  смеситель.  Перемешанная   смесь  поступает в бункеры прессов.

Чаще всего используются прессы с неподвижным столом. Автоматический укладчик раскладывает кирпичи в ряды на подвижную ленту.

По мере заполнения ленты  рядами отформованного кирпича другой автоматический укладчик укладывает его на вагонетки. Заполненные вагонетки закатываются на общую тележку. Тележка направляет вагонетки в автоклавы. Растворимость СаО в воде составляет 1 г/л. Растворимость же SiO₂ всего 0,0002 г/л. Однако при повышении температуры его растворимость увеличивается до 0,5 г/л. Для этой цели и используют автоклав.

В процессе автоклавной обработки, т.е. запаривания кирпича-сырца, различают три стадии.

Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых изделий.

Вторая стадия характеризуется  постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают максимальное развитие все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликата кальция, а следовательно, и твердению обрабатываемых изделий.

Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича.

В первой стадии запаривания насыщенный пар с температурой 1750 под давлением 8 атм. впускают в автоклав с сырцом. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. После подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и превращается в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

Роль пара при запаривании  сводится только к сохранению воды в сырце в условиях высоких температур. При отсутствии пара происходило бы немедленное испарение. воды, а следовательно, высыхание материала и полное прекращение реакции образования цементирующего вещества — гидросиликата.

С того момента, как в автоклаве будет достигнута наивысшая температура, т.е. 170 — 2000, наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические и физические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са (ОН)₂, непосредственно соприкасающимся с кремнеземом SiO₂ песка.

Наличие водной среды  и высокой температуры вызывает на поверхности песчинок некоторое растворение кремнезема, образовавшийся раствор вступает в химическую реакцию с образовавшимся в течение первой стадии запаривания водным раствором гидрата окиси кальция и в результате получаются новые вещества — гидросиликаты кальция.

Сначала гидросиликаты  находятся в коллоидальном (желеобразном) состоянии, но постепенно выкристаллизовываются и, превращаясь в твердые кристаллы, сращивают песчинки между собой. Кроме того, из насыщенного водного раствора гидрат окиси кальция также выпадает в виде кристаллов и своим процессом кристаллизации участвует в сращивании песчинок.

Таким образом, во второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция и перекристаллизация их и гидрата окиси кальция вызывают постепенное твердение кирпича-сырца.

Третья стадия запаривания  протекает с момента прекращения доступа пара в автоклав, т.е. начинается падение температуры в автоклаве, быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, т.е. вода испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидрата окиси кальция и снижением температуры цементирующего вещества силикаты кальция становятся более основными, и это продолжается до тех пор, пока кирпич не будет выгружен из автоклава. В результате усиливается твердение гидросиликатов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича. Одновременно пленки цементирующего вещества сильней обогащаются выпадающим из раствора гидратом окиси кальция.

Механическая прочность силикатного  кирпича, выгруженного из автоклава, ниже той, которую он приобретает при последующем выдерживании его на воздухе. Это объясняется происходящей карбонизацией гидрата окиси кальция за счет углекислоты воздуха по формуле:

Са(ОН)₂+СаСО₂=СаСО₃+Н₂О

Таким образом, полный технологический  цикл запаривания кирпича в автоклаве состоит из операций очистки и загрузки автоклава, закрывания и закрепления крышек, перепуска пара; впуска острого пара, выдержки под давлением, второго перепуска, выпуска пара в атмосферу, открывания крышек и выгрузки автоклава. Совокупность всех перечисленных операций составляет цикл работы автоклава, который равен 10 — 13 час.

Запаривание кирпича в автоклавах требует строгого соблюдения температурного режима: равномерного нагревания, выдержки под давлением и такого же равномерного охлаждения. Нарушение температурного режима приводит к браку.

После выгрузки из автоклава  кирпич транспортируют на склад готовой  продукции, где по рельсовому пути вдоль автоклавов перемещается  электропередаточный мост. Выгруженный кирпич находится на площадке не менее двух часов.

Кирпич перевозят автомобильным  и железнодорожным, речным транспортом  в пакетах, контейнерах или на поддонах, обеспечивающих сохранность изделий. Чтобы при перевозке пирамида кирпича не рассыпалась, применяют поддоны-платформы.

 

Рисунок 3.5 – Технологическая  схема производства силикатного  кирпича

 

6. Расчет  и выбор основного технологического оборудования

 

При расчете оборудования определяется число машин для  каждой технологической операции необходимых  для выполнения производственной программы завода. При выборе оборудования учитываем качественную характеристику сырья и требования, предъявляемые к конечному продукту после переработки сырья на данной установке. Расчет оборудования производится от основной установки (вращающаяся печь) до подачи сырья и до выхода готовой продукции.