Производство керамического кирпича

Состав шихты:

Глина – 81% (об.)

Опилки – 11% (об.)

Шамот – 8% (об.)

 

3.4 Технологическая схема  проектируемого производства.

Схема 5.1.

 

 

 

  

 

Схема 5.1 Продолжение

 

 

 

 

 

 
Описание технологической  схемы.

Глину добывают на карьере многоковшовым  экскаватором и автотранспортом  отвозят на хранение в глинозапасник  завода. Из глинозапасника глина подается в бункер глинорыхлителя, а после рыхления направляется на дозирование, осуществляемое ящичным питателем.

Древесные опилки привозят автотранспортом, хранят в бункере, откуда подают на просеивание на сито-бурат. Частицы  размером более 5 мм удаляют в отвал. После просеивания по элеватору опилки отправляют на хранение в бункер запаса, откуда они подаются на дозирование, осуществляемое ленточным питателем.

Брак обжига из бункера хранения дозируют, подают в щековую дробилку и дробят. Далее измельченный шамот  транспортируют ленточным конвейером и элеватором на измельчение в молотковую дробилку. После измельчения в молотковой дробилке шамот просеивают на виброгрохоте. Фракцию с размером частиц более 5 мм отправляют на домол, а фракцию с размером частиц менее 5 мм отправляют на хранение в бункер запаса. Из бункера шамот подается на дозирование, осуществляемое ленточным питателем.

Смешение компонентов (глина, опилки, шамот) осуществляют на ленточном конвейере. Данная смесь поступает в камневыделительные вальцы для удаления каменистых включений, после чего она транспортируется на измельчение и перемешивание в бегуны мокрого помола. Далее шихта поступает на помол в вальцы с гладкими валками.

После помола шихта отправляется на перемешивание с пароувлажнением  в глиносмеситель с фильтрующей решёткой, которая служит для удаления из глины остатков растительного происхождения. Переработанную массу отправляют на вылеживание в течение 7-10 дней в шихтозапасник. Здесь происходят различные физико-химические процессы, и свойства формовочной массы меняются. Масса усредняется по влажности, но также происходит её тиксотропное упрочнение. Такую массу нельзя подавать сразу на формование.

Поэтому вылежавшуюся шихту многоковшовыми экскаваторами подают по ленточному конвейеру на промин и измельчение  в вальцы  тонкого помола. После чего шихта вновь поступает по ленточному конвейеру на перемешивание и пароувлажнение в лопастной двухвальный смеситель.

Готовую шихту транспортируют ленточным  конвейером на формование бруса. Для  формования используется ленточный вакуумный пресс. Вакуумированию массу подвергают для улучшения ее формовочных свойств. Обезвоздушивание глиняной массы способствует более прочному сцеплению глиняных частиц между собой. При удалении воздуха из глиняной массы ее пластичность значительно повышается. После вакуумирования влажность керамической массы снижается на 2-3%, а, следовательно, уменьшается воздушная усадка.

Формованный глиняный брус разрезается  на отдельные кирпичи струнным резательным  автоматом, затем сырец укладывается на рамки, которые подаются к горизонтальному ленточному конвейеру. Далее автомат-укладчик укладывает кирпич-сырец на сушильные вагонетки, транспортировка которых осуществляется с помощью электропередаточной тележки. Свежесформованный сырец надо транспортировать осторожно во избежание его деформации. Кроме того, надо стремиться к наиболее рациональной укладке изделий в сушилке.

Кирпич-сырец поступает на сушку  в туннельное сушило. Для сушки  используется горячий воздух из туннельной печи, атмосферный воздух и рециркулят, а также дымовые газы из топки. Отработанный теплоноситель после очистки поступает в атмосферу. Для нормального протекания процесса сушки сырца, т. е. для того, чтобы изделия высыхали с максимальной равномерностью и без деформаций при минимальном расходе топлива и в минимальный срок, необходимо создать условия для интенсивной влагоотдачи с единицы поверхности изделия. Нижнюю часть садки на вагонетке  выполняют более разреженной для выравнивания условий сушки на высоте туннеля.

После завершения процесса сушки с помощью электропередаточной тележки осуществляется транспортировка высушенного кирпича из сушила. Сушильные вагонетки поступаю к автомату-перекладчику, который осуществляет садку полуфабриката на обжиговые вагонетки для последующего обжига в печи.

Обжиг проводят в туннельной печи при температуре 1000^оС. В качестве теплоносителя используются продукты сгорания газа. При обжиге  за счет удаления влаги и сближения в результате этого частиц, вследствие фазовых и химических превращений, частичного получения жидкой фазы протекают структурообразующие процессы. Из печи забирается горячий воздух на сушку в туннельное сушило, а отработанные дымовые газы после очистки выбрасываются в атмосферу.

Из печи обожженный кирпич транспортируется при помощи электропередаточной тележки на выставочную площадку, оборудованную мостовым краном. Пакеты кирпича сгружаются с помощью крана на выставочную площадку. Затем производится сортировка кирпича и садка его на европоддоны. Изделия соответствующего качества на поддонах с помощью электропогрузчика отгружаются потребителю согласно графика, а бой и брак изделий отправляется на переработку в производство.

 

3.5 Теоретические основы  технологических процессов цеха  формования, сушки, обжига.

При производстве керамического кирпича  основным материалом является глина – пластичный материал. Глина представляет собой горную породу, состоящую преимущественно из глинообразующих минералов – слоистых алюмосиликатов. Они  отличаются большим сродством к воде и могут давать в ней тончайшие взвеси вплоть до коллоидных, не меняя своей основы. В техническом аспекте глина – землистая горная порода, способная при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое после сушки обладает некоторой прочностью, а после обжига приобретает камнеподобные свойства.

Вещественный состав глины представлен  глинистым веществом и примесями. Истинно глинистое вещество –  наиболее дисперсная часть породы, оно состоит из комплекса глинообразующих  минералов, придающих глине пластичность. Таких минералов сравнительно немного, и они довольно хорошо изучены. Все глинистые минералы обладают типичной слоистой структурой, похожей на структуру слюды. При смешивании глины с водой последняя входит в межслоевые пространства глинистого минерала, и его слои получают возможность сдвигаться один относительно другого по водяной пленке и закрепляться в новом положении. Такая способность минералов объясняет важнейшее свойство глины – ее пластичность.

Формование.

Пластичность глин предопределяет наличие специфических деформационных свойств — малой вязкости и достаточно высокого предела текучести. На кривой зависимости вязкости и скорости деформации пластичной массы от напряжения сдвига (рис. 3.5.1) выделяют условный  статический предел текучести Р_К1, ниже которого деформации не происходит.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.5.1 Зависимость скорости деформации (а) и вязкости (б) пластичной массы от приложенного напряжения сдвига Р.

 Между P_К1 и условной границей практически неразрушенной структуры Рr масса течет с весьма малой скоростью. Ее течение характеризуется максимальной пластической вязкостью η₀*

dε/dτ=(l/ η₀*)(σ- P_К1),                 

где dε/dτ — скорость деформации; σ— касательное напряжение.

Выше значения Рr вязкость определяется динамическим равновесием между числом разрушенных и восстановленных коагуляционных контактов в системе. При напряжениях выше условного динамического предела текучести Р_К2 течение происходит с наименьшей пластической вязкостью η_m*

dε/dτ=(l/ η_m*)(σ- P_К2).

При напряжениях, превышающих условную предельную границу разрушенной структуры Рпр, вязкость становится постоянной и имеет наименьшее значение η_m.

Кроме показателей пластической вязкости, остающихся постоянными в достаточно широком интервале действующих напряжений, течение массы описывают структурной (истинной, эффективной) вязкостью η*, значения которой изменяются от вязкости предельно разрушенной структуры η₀ до вязкости предельно разрушенной структуры η_m.

Для описания течения систем, подобных пластичной массе, иногда используют зависимость

σ- Р_К, = η (dε/dτ)ⁿ,                     

где P_К — предел текучести; n — показатель или индекс течения.

Показатель n характеризует форму  кривой течения. Для тиксотропных систем n<1. При n>1 системы относятся к дилатантным, скорость течения которых падает с ростом действующего напряжения.

При малых скоростях  деформирования в области, близкой  к условному статическому пределу текучести P_К1, заметную роль в деформации пластичной массы играют обратимые (упругие и замедленные) деформации. Зависимость общей деформации от напряжения и времени представлена на рис. 3.20 и имеет вид

ε=ε₁+ε₂+ε₃=σ/Е₁+(σ/Е₂)*[1-ехр(-Е₂τ/η₀*)]+(1/η₀*)*(σ-Р_К)*τ,    (3.36)

где ε₁ и ε₂ - быстрая и замедленная обратимые деформации;

ε₃ - пластическая деформация; η_m - пластическая вязкость;

σ - напряжение; τ - время; е₁ и E₂ — модули быстрой и замедленной обратимой деформации.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.5.2 Диаграммы развития и спада деформации пластичной массы во времени.

Пригодность массы для  формования оценивают соотношением отдельных видов деформаций. Для  этого используют предложенную С.П. Нечипоренко диаграмму (рис. 3.5.3), разделенную на шесть областей, соответствующих шести структурно-механическим типам. Лучшими формовочными свойствами обладают массы с преимущественным развитием замедленных обратимых деформаций (I и II структурно-механические типы).

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.5.3 Диаграмма С.П. Нечипоренко.

С той же целью используют критерии, характеризующие соотношения между различными видами деформации: суммарный модуль деформации Em=E₁Е₂/(Е₁+Е₂); эластичность λ=E₁/(E₁+E₂); период релаксации θ=η₀*/(E₁+E₂); пластичность по Воларовичу Пл=Р_К1/η₀*.

Другим показателем формовочных свойств масс является соотношение между внешним и внутренним трением. Считают, что формование возможно, если внутреннее трение массы (когезия) больше, чем трение о формующий орган машины (аутогезия). Для оценки формовочных свойств используют коэффициенты внутреннего трения и сцепления массы. Из уравнения Кулона-Мора (3.37) следует, что сопротивлением массы σ_ПР сдвигу а определяется коэффициентом внутреннего трения f, сцеплением С и действующим сжимающим напряжением σ:

σ_ПР= σf + С.                         (3.5.2)

Основные свойства пластичной формовочной  массы зависят от минерального состава, формы и размеров частиц твердой  фазы, вида и количества временной  технологической связки, интенсивности  образования гидратных слоев  на поверхностях частиц. С увеличением содержания жидкой фазы коэффициент внутреннего трения растет, проходя через максимум. Другие показатели уменьшаются монотонно, но с разной интенсивностью. Это позволяет для каждой массы выбрать оптимальное значение формовочной влажности. Лучшие формовочные свойства имеет масса с максимально развитыми слоями физически связанной воды при минимальном содержании свободной воды в системе.

Возрастание дисперсности твердой фазы увеличивает количество контактов между частицами в  единице объема и прочность. Одновременно растут оптимальная формовочная влажность, предел текучести, вязкость, модули деформации, коэффициент внутреннего трения и связность массы, повышается пластичность.