Производство керамического кирпича

 

 

Содержание

Введение ..….………………………………………………………………2

1. Исследование технологического процесса обжига кирпича как  объекта управления ….………..…….….…..…..………..….…….……….3

1.1. Теоретические основы обжига кирпича………………………3

1.2. Описание технологии  обжига кирпича….….…..…..…….…..5

1.3. Описание схемы производства………………………………...6

1.4 Описание основного технологического оборудования………8

1.5 Параметры нормального  технологического режима…………9

2. Выбор и обоснование параметров контроля и управления…………11

2.1 Выбор и обоснование  параметров контроля…….……..…….11

2.1.1 Контроль температуры…………………........……….11

2.1.2 Контроль давления……………………………………11

2.1.3 Контроль расхода……………………………………..11

2.1.4 Контроль концентрации ...…………………………...12

2.2 Выбор и обоснование  параметров управления и каналов   воздействия……………….….….…….…..……..…………...….…..……12

2.2.1 Управление температурой  в зоне обжига печи….….12

2.2.2 Управление давлением  топлива в газопроводе……..13

2.2.3 Управление расходом охлаждающего воздуха……..14

3. Описание аср,  выбор законов регулирования……………………….16

3.1 АСР температуры зоны  обжига печи………………………...16

3.2 АСР давления топлива в газопроводе………………………..16

4. Описание схемы автоматизации обжига кирпича…………………...18

Заключение……………..…..……………………………………………..21

Список литературы……………………………………………………….22

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Кирпич используется человечеством с древних времен для строительства зданий и облицовки зданий. И сегодня он остается одним из самых востребованных строительных материалов. Это объясняется тем, что кирпич обладает прекрасными эксплуатационными свойствами, и одновременно является самым экологичным материалом для строительства после дерева. Здания, возведенные из этого материала, исправно служат десятилетиями. Кирпич стоек к перепадам температур и влажности, что важно для средней полосы, где эти показатели существенно меняются в течение года.

Автоматические системы управления производством являются неотъемлемой частью современной промышленности. Такие системы придают дополнительные преимущества производственному процессу, его контролю, оптимизации работы оборудования.

В данной работе был исследован технологический процесс обжига кирпича. Были выбраны параметры для автоматического контроля и управления, для этих параметров были смоделированы соответствующие автоматические системы.

 

1. ИССЛЕДОВАНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБЖИГА  КИРПИЧА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Теоретические основы обжига кирпича

Обжиг – конечная и важная стадия любого керамического производства. При обжиге керамических изделий происходят сложнейшие физико-химические процессы, в результате которых керамическая масса – механическая смесь минеральных частиц – становится камнеподобным материалом – прочным, твердым, химически стойким, с присущими только ему эстетическими свойствами.

Периоды обжига:

- подъем температуры, нагревание (наиболее ответственный);

- выдержка при постоянной температуре;

- снижение температуры, охлаждение.

Физико-химические процессы, происходящие при обжиге:

Удаление свободной (гигроскопической) влаги – 100–250°С.

После сушки изделия имеют остаточную влажность около 2–4 %, и эта влага удаляется в начальный период обжига в интервале температур 100–250°С. Подъем температуры в этом периоде обжига следует вести осторожно со скоростью 30–50°С в час /1/.

Окисление (выгорание) органических примесей – 300–800°С.

При быстром подъеме температуры и недостаточном притоке кислорода воздуха часть этих примесей может не выгореть, что обнаруживается по темной сердцевине черепка.

Дегидратация глинистых материалов – удаление химически связанной воды – 450–850°С.

Особенно активно этот процесс происходит в интервале температур 580–600°С. Al2О3·2SiO2·2Н2О> Al2О3·2SiO2 + 2Н2О Удаление химически связанной, или конституционной, воды в составе основного глинообразующего минерала – каолинита – сопровождается разложением молекулы этого минерала и переходом его в метакаолинит Al2О3·2SiO2, имеющий скрытокристаллическое строение. В интервале температур 550–830°С метакаолинит распадается на первичные оксиды Al2О3·2SiO2 > Al2О3+2SiO2, а при температуре свыше 920°С начинает образовываться муллит 3Al2О3·2SiO2, содержание которого во многом определяет высокую механическую прочность, термостойкость и химическую стойкость керамических изделий. С повышением температуры кристаллизация муллита ускоряется и достигает своего максимума при 1200–1300°С /1/.

Полиморфные превращения кварца – 575°С.

Данный процесс сопровождается увеличением объема кварца почти на 2%, однако большая пористость керамики при этой температуре не препятствует росту кварцевых зерен и в черепке не возникает значительных напряжений. При охлаждении печи при той же температуре происходит обратный процесс, сопровождаемый сокращением объема черепка приблизительно на 5%.

Выделение оксидов железа – от 500°С.

В составе керамических масс железо может находиться в виде оксидов, карбонатов, сульфатов и силикатов. При температуре обжига выше 500°С оксид железа Fe2O3, частично замещающий Al2О3 в глинистых минералах, выделяется в свободном виде и окрашивает керамику в красный цвет, интенсивность которого зависит от содержания Fe2O3 в керамической массе. Углекислое железо – сидерит – Fe2СO3 разлагается в интервале температур 400–500°С. Разложение сульфата железа FeSO4 происходит при температуре 560–780°С.

Декарбонизация – 500–1000°С.

Данный процесс происходит в фаянсовых и майоликовых массах, в состав которых входят карбонатные породы: мел, известняк, доломит: СаСО3>СаО+СО2. /2/ Выделяющийся СО2 не дает каких-либо дефектов на изделиях, если керамические массы в этот период еще не отфлюсовались. В противном случае на поверхности изделий могут появиться характерные вздутия – «пузыри».

Образование стеклофазы – от 1000°С.

Глинистые минералы при нагреве до 1000°С не плавятся, но ввод в состав керамических масс силикатов с высоким содержанием щелочных металлов способствует образованию смесей с температурой плавления от 950°С. Жидкая фаза, даже в небольшом количестве, играет очень важную роль в повышении спекания черепка, как бы «склеивая» минеральные частицы керамической массы в единое целое.

 

1.2. Описание технологии  обжига кирпича

Начальный цикл любого кирпичного производства начинается с формирования сырьевой базы, а именно получение глиняного сырья из карьеров на заводские площадки. Сырье для производства высококачественного кирпича поставляется с нескольких карьеров, поскольку смешение в определенных пропорциях этих глин дает возможность производить кирпич различных цветов.

Глина для производства кирпича на площадках подготовки формируется в конусах и предварительно вылеживается от 2 недель до 1 месяца, затем по мере необходимости с помощью экскаваторов поступает в приемное отделение. Экскаватор перевозит необходимое количество глины и выгружает его в дозатор. В производстве кирпича кроме самой глины используются пластификаторы, в основном это кварцевый песок или шамот. Количество добавляемых пластификаторов в среднем составляет 20%. Кроме этого для производства кирпича используется барий карбонат. Данная добавка связывает водорастворимые (калиевые и натриевые) соли в кирпиче, выравнивает цвет и удаляет солевой налет /3/.

После смешивания ингредиентов полученная масса поступает в цех подготовки сырья. Первоначально данная масса попадает в «бегун», устройство для измельчения и дробления камней. Затем в вальцы грубого и мелкого помола. На некоторых заводах применяется каскад вальцев. Оборудование настроено таким образом, чтобы по выходу из подготовительного цеха в глиняной массе не было фракций зерном более 1 мм. После подготовки масса попадает в шихтоприемное отделение, где дополнительно вылеживается в течение 2 недель при определенной влажности и температуре. И только затем попадает в производственных цех.

Подготовленная глиняная масса подается в вакуумный пресс, при помощи которого через фильеру (рамку) выдавливается кирпичный брус. При производстве кирпича с не гладкой поверхностью кирпичный брус при необходимости обсыпается песком или на него наносят рельефный рисунок резиновыми роликами.

После чего данный брус отрезается и подается в резательную машину, где натянутыми струнами разрезается на отдельные кирпичи. Такие кирпичи называют сырцом. Если предполагается изготовление кирпича с переходом по цвету, то на сырец наносят ангоб - жидкую глиняную массу, в которую добавлен минеральный краситель /4/. Ангоб распыляется через форсунки на сырец кирпича. Форсунки управляются определенной программой, которая позволяет создать на фасадной части кирпича определенный рисунок.

Далее сырец попадает в сушильную камеру, где высушивается и избавляется от лишней влаги. А затем укладывается на печные вагоны и направляется в печь. Обжиг производится при температуре 1050-1250 С (температура и длительность обжига напрямую зависит от применяемого сырья и цвета выпускаемой продукции).

 

1.3. Описание схемы  производства

Начальный цикл любого кирпичного производства начинается с формирования сырьевой базы, а именно получение глиняного сырья из карьеров на заводские площадки /2/. Сырье для производства высококачественного кирпича поставляется с нескольких карьеров, поскольку смешение в определенных пропорциях этих глин дает возможность производить кирпич различных цветов.

Глина для производства кирпича на площадках подготовки формируется в конусах и предварительно вылеживается от 2 недель до 1 месяца, затем по мере необходимости с помощью экскаваторов поступает в приемное отделение. Экскаватор перевозит необходимое количество глины и выгружает его в дозатор. В производстве кирпича кроме самой глины используются пластификаторы, в основном это кварцевый песок или шамот. Количество добавляемых пластификаторов в среднем составляет 20% /2/. Кроме этого для производства кирпича используется барий карбонат. Данная добавка связывает водорастворимые (калиевые и натриевые) соли в кирпиче, выравнивает цвет и удаляет солевой налет.

После смешивания ингредиентов полученная масса поступает в цех подготовки сырья. Первоначально данная масса попадает в «бегун», устройство для измельчения и дробления камней. Затем в вальцы грубого и мелкого помола. На некоторых заводах применяется каскад вальцов. Оборудование настроено таким образом, чтобы по выходу из подготовительного цеха в глиняной массе не было фракций зерном более 1 мм. После подготовки масса попадает в шихтоприемное отделение, где дополнительно вылеживается в течение 2 недель при определенной влажности и температуре. И только затем попадает в производственный цех.

Подготовленная глиняная масса подается в вакуумный пресс, при помощи которого через фильеру (рамку) выдавливается кирпичный брус. При производстве кирпича с не гладкой поверхностью кирпичный брус при необходимости обсыпается песком или на него наносят рельефный рисунок резиновыми роликами /3/.

После чего данный брус отрезается и подается в резательную машину, где натянутыми струнами разрезается на отдельные кирпичи. Такие кирпичи называют сырцом. Если предполагается изготовление кирпича с переходом по цвету, то на сырец наносят ангоб - жидкую глиняную массу, в которую добавлен минеральный краситель. Ангоб распыляется через форсунки на сырец кирпича. Форсунки управляются определенной программой, которая позволяет создать на фасадной части кирпича определенный рисунок /4/.

Далее сырец попадает в сушильную камеру, где высушивается и избавляется от лишней влаги. А затем укладывается на печные вагоны и направляется в печь. Обжиг производится при температуре 1050-1250 С (температура и длительность обжига напрямую зависит от применяемого сырья и цвета выпускаемой продукции) /5/.

 

1.4 Описание основного  технологического оборудования

1. Питатели, предназначены для дозирования глинистого сырья и подачи его на ленточный конвейер.

2. Камневыделительные вальцы, предназначены для измельчения глинистого сырья и удаления из него каменистых включений.

3. Дезинтеграторные вальцы, предназначены для эффективного измельчения комков, даже очень твердых, а также для удаления камней, присутствующих в глине в ограниченном количестве.

4. Глиномешалка, предназначена для приготовления глинистого раствора.

5. Железоотделитель, предназначен для улавливания посторонних металлических включений из глинистого сырья.

6. Гладкие вальцы тонкого помола, предназначены для помола керамической массы.

7. Формовочная машина, предназначена для формирования кирпичных заготовок из пластичной смеси глины и воды.

8. Система загрузки сырцевого кирпича на рейки.

9. Трансбордер, предназначен для передачи средств рельсового транспорта с одного пути на другой.

10. Сушильные камеры, предназначены для выпаривания воды из кирпичных заготовок.

11. Система разгрузки реек.

12. Автомат-садчик, предназначен для съема кирпича и укладки его на обжиговые вагонетки.

13. Толкатель, предназначен  для проталкивания составов вагонеток по прямолинейным участкам рельсового пути, проложенного через туннельную печь.

14. Печь туннельная с обжиговыми вагонетками, предназначена для обжига и охлаждения кирпича.

 

1.5 Параметры нормального  технологического режима

Ниже представлена таблица, описывающая параметры, поддержание значений которых на заданных уровнях обеспечит нормальное протекание процесса обжига кирпича.

Таблица 1 – Параметры нормального технологического режима

Технологический параметр	Значение контролируемой величины	Отклонение параметра	Место контроля	Вид контроля
				Конт-роль	Регист-рация	Сигнали-зация
Температура
1. Температура, позиция 1а	800 °С	+/- 1,5 %	Крыша печи	*		*
2. Температура, позиция 2	1000 °С	+/- 1,5 %	Крыша печи	*		*
Давление
1. Давление горючего, подаваемого  из ГРП	325 кПа	+/- 1,5 %	Газовый трубопровод	*		*
2. Давление горючего, подаваемого  на горелки	35 кПа	+/- 1,5 %	Газо вый трубо провод	*
10. Давлениевоздуха, подаваемого на горелки	1,1 кПа	+/- 1,5 %	Воздуховод	*
Расход
1. Расход природного газа  в печи	150 м3/ч	+/- 1,5 %	Газовый трубопровод	*	*
2. Расход охлаждающего  воздуха	300 м3/ч	+/- 1,5 %	Воздуховод	*	*
Концентрация
1. Концентрация метана в горячих газах	2,5 %	+/- 1,5 %	Воздуховод	*		*