Контроль технологического процесса и качества готовой продукции:
Вступление.
Материалы керамзитовой структуры являются новой группой керамических строительных материалов. При производстве всех изделий классическими методами керамической технологии стремятся в обжиге достичь той или иной степени спекания керамического черепка, а материалы керамзитового типа получают вспучиванием при обжиге глиняной массы. В с п у ч и в а н и е — это увеличение материала в объеме за счет образования внутренней, преимущественно замкнутой пористости. В изломе вспученный материал имеет структуру застывшей пены. Таким образом, керамзитовыми материалами мы будем называть такие, которые получают вспучиванием глинистых пород при их обжиге.
Материалами керамзитового типа являются керамзитовый гравий, керамзитовый песок и штучный керамзит. Последний известен также под названием ячеистой керамики и пенокералита. Наибольшее развитие получило производство керамзитового гравия, который обычно именуют просто керамзитом. Керамзитовый гравий был запатентован Стефаном Хейдом (США, 1918 г.) и известен в США под названием «хайдита», а в западно-европейских странах — под фирменным названием «лека». В СССР опытные работы по керамзитовому гравию были начаты в 20-х гг. [32], а в 1939 г. было организовано опытно-промышленное его производство. В широких масштабах промышленное производство керамзита в СССР началось в 50-х гг. и уже к 1970 г. превысило 11 млн. м3.
Изготавливаемая продукция
Настоящий стандарт распространяется на щебень и песок, представляющие собой искусственный пористый материал, получаемый вспучиванием при обжиге глиняной массы.
Щебень и песок применяют в качестве заполнителей при изготовлении теплоизоляционного и конструкционного (в том числе конструкционно-теплоизоляционного) легких бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделий и конструкций.
Щебень:
Щебень подразделяют на фракции с размером зерен:5…10;10…20;20…40.
По заказу потребителя допускается поставка щебня фракции с размером зерен от 5 до 20мм при обеспечении в нем содержания зерен от 5 до10 мм в количестве от 40 до 60% по объему.
Зерновой состав каждой фракции щебня должен находиться в пределах, указанных в таблице:
| Диаметр отверстий контрольных сит, мм | Полный остаток на сите, % по объему |
| d | От 90 до 100 |
| D | До 10 |
| 2D | Не допускается |
d и D –соответственно наименьший и наибольший номинальные размеры зерен
Щебень каждой фракции в зависимости от насыпной плотности подразделяют на марки в соответствии с требованиями табл.
| Марка щебня по насыпной плотности | Насыпная плотность щебня, кг/м3 |
| 450*500 |
Прочность щебня в зависимости от марок по насыпной плотности должна быть не менее указанной в таблице:
| Марка по насыпной плотности | Прочность щебня при сдавливании в цилиндре, МПа, |
| 0,40 |
Примечание:
1.Щебень марок по насыпной плотности 400-700 предназначены для легких теплоизоляционных бетонов классов В2 и менее (марок М25) и для конструкционно-теплоизоляционных бетонов классов В2,5-В7,5 (марок М35-М100).
2.Щебень марок по насыпной плотности 750-900 предназначается для легких конструкционных бетонов классов В10-В40 (марок М150-М500).
Потеря массы щебня при определении стойкости против силикатного распада не должна превышать 5%.
Среднее значение коэффициента формы зерен щебня (отношение наибольшего размера к наименьшему) должно быть не более 2,5.
Пустотность фракции щебня (объем межзерновых пустот) должно быть не более 52%.
Песок: Получают путем дробления. Дробленый материал пропускают через сита и сортируют по фракциям. В основном песком считают фракцию 0,1—0,4 мм, крупным песком 0,5—1,0 мм, и пылевидным все, что менее 0,1 мм. Крошкой считается все, что более 1,0 мм. Используют песок в очень разных отраслях. Пески характеризуются, зерновым составом — модулем крупности (крупный, средний, мелкий и очень мелкий)
Методы испытаний: После испытания небольшой пробы заполнителя, по полученным результатам оценивают его качество в пределах всей партии, объем которой составляет, например 500 м3.
Пробу заполнителя укладывают на горизонтальные поверхности диска, разделяют по двум взаимно перпендикулярным диаметральным площадям на четыре равные части, две любые противоположные части отбрасывают, остаток после перемешивания опять укладывают в виде диска и разделяют последовательным квартованием до получения необходимого объема. Для сокращения объема средней пробы стандарты рекомендуют также специальное устройство- жолобчастый разделитель.
Все стандартне испытания заполнителей повторяют 2-5 раз, а показатели качество находять как среднее значение полученных результатов текучих опытов.
Методы испытаний заполнителей в бетоне:Испытания в бетоне дает важную дополнительную информацию, особенно в сочетании с другими методами. Кроме того, определив плотность зерен заполнителя ρз ,можно найти относительный объем открытых пор, которые в бетоне заполняються цементным тестом:Vo/V=( 
- 
)/
где Vo – объем открытых пор в зернах заполнителя , см3; V - суммарный объем зерен заполнителя, см3.
Б.Г. Скрамтаевым и Ю.М. Баженовым был предложен метод определения водопотребления запозаполнителей, основан на подборе смесей одинаковой подвижности с испытанным заполнителей и без него.Для определения водопотребления песка готовят цементно- песчаный раствор состава 1:2(по массе ) и добовляют воду пока расплыв конуса на столике не будет таким же как и расплыв цементного теста нормальной густоты без песка.
Методика, разработанная Г.Н. Горчаковым и его сотрудниками, основана на сравнении периода формирования структуры бетона на данном заполнителе и цементе с периодом формования структуры цементного теста, приготов ленного на том же цементе. В первую очередь исследуют цемент: готовят тесто при разных У/Ц и определяют скорость прохождения ультразвука. Сначала она маленькая и незначительно изменяеться, но со временем наступает момент ( чем больше У/Ц, тем позже), корда скорость ультразвука резко увеличиваеться (цементное тесто преобразовываеться в цементный камень). Фиксируя этот момент, строять эталонный график зависимости продолжительности пери ода формирования структуры цементного теста от У/Ц. Потом готовят бетонную смесь на испытываемом заполнителе и по скорости прохождения через нее ультразвука определяют продолжитнльность периода формирования структуры, что позволяет найти по эталонному графику водоцементне отношение цементного теста( цементного камня) в бетоне.
Зная У/Ц и общие затраты воды, легко найти часть воды, которая приходится на заполнитель.
Соответственно ГОСТУ 22263, щебень и песок из пористих пород продиктовано чувствовать в бетоне по такой методике. Готовят три бетонных замеса заданых стандартом складов, которые отличаются расходом цемента. По результатам опыта образцов строят график зависимости границы прочности и плотности бетона от расхода цемента. По этим графикам определяют расход цемента, необходимого для получения бетона с необходимыми свойствами, и если он не выше нормативного, заполнитель признают не пригодным.
Цель всех раннее описаных методов складывался только в определения пригодности заполнителя для получения бетона необходимой прочности. Предложенная методика позволяет получать колличественное выражение прочности заполнителя в бетоне, объективную характеристику заполнителя, которую можна использовать при расчетах ожидаемой прочности бетона.
Для расчета свойств бетона бывает необходимо знать такие характеристики заполнителей, как модуль упругости, теплопроводность. Определение их непосредственным испытанием отдельных зерен трудно и не дает надежных результатов.
| Марка продукции | Основная характеристика (зерновой состав, прочность, водопоглащение, морозостойкость) | Единица измерения | Количество (м3/год) | Часть в общем выпуске продукции, % |
| Керамзитовый гравий | 5-20 400-500 | мм кг/см2 | ||
| Песок | 1,25-5 300-400 | мм кг/см2 | ||
| Итого |
Сырьевые материалы
Технологический процесс производства керамзитового гравия складывается из следующих операций: карьерные работы — обработка глины — формование гранул — их сушка — обжиг — охлаждение и сортировка керамзита.
Карьерные работы в производстве керамзита не имеют какой-либо специфики. Можно лишь отметить, что для производства керамзита вопросы усреднения состава глины путем ее промежуточной экскавации имеют еще большее значение, чем в производстве стеновой керамики. Практика некоторых заводов показывает, что переход от непосредственной подачи в производство карьерной глины на работу с промежуточным ее вылеживанием в открытых штабелях позволяет снизить насыпную объемную массу керамзита на 100—150 кг/м3.
В зависимости от методов обработки глины и приготовления гранул различают три способа производства керамзита: сухой, пластический и шликерный. Решающее значение на выбор способа производства оказывают свойства сырья.
Способ сухого изготовления гранул. При этом способе глиняные гранулы не формуются, а образуются дроблением и рассевом карьерной глины. Его можно и целесообразно применять при работе с камнеподобными хрупкими глинистыми породами (глинистые сланцы, аргиллиты), трудно размокающими в воде. При дроблении такие глины должны давать объемную крошку с относительно небольшим выходом мелочи—до 15%. Если глины обладают ярко выраженной спайностью и при дроблении дают большое количество «лещади» — тонких пластинок, то для производства керамзита они не пригодны, так как лещадь практически не вспучивается. Кроме того, при этом способе подготовки гранул порода не должна содержать включений известняка, ибо при этом способе удалить их из глины невозможно.
4. Выбор обоснование и описание технологической схемы производства.
Для такого способа подготовки гранул типична «схема, приведенная на стр. 93.
Гранулы подсушивают при карьерной влажности глины более 8%, в связи с чем сушильный барабан размещают с возможностью его обхода, что на схеме показано пунктирными линиями. При грохочении дробленой
глины необходим ее рассев по фракциям с тем, чтобы в последующем каждую фракцию обжигать в отдельной печи, ибо режим обжига должен быть дифференцированным в зависимости от крупности фракции. Фракцию с размером зерен более 20 мм возвращают на додрабливание, а фракция менее 5 мм может быть использована для обжига на песок. Совместный обжиг мелкой фракции с крупной может привести к свариванию обжигаемых гранул в конгломерат.
Компоновка оборудования значительно упрощается при использовании для дробления и сортировки гранул дробильно-сортировочной установки СМ-739/740.
Сухой способ наиболее экономичен по капиталовложениям и эксплуатационным затратам. Однако возможность его применения ограничена, так как месторождения камнеподобных высоковспучивающихся глин встречаются в нашей стране сравнительно редко, а повышать вспучиваемость глин введением добавок при этом способе невозможно. В США месторождения сланцевых глин широко распространены, и потому там сухой способ получил преимущественное применение.
В последние годы по технологии сухого способа производства керамзита освоен выпуск шунгизита, сырьем для которого являются шунгитовые сланцы, добываемые в Карелии.
Способ пластического формования гранул. При этом способе их формуют из пластичной глиняной массы. Его целесообразно применять для глин с рыхлой и плотной структурой, намокающих в воде, когда их карьерная влажность равна или ниже нормальной формовочной влажности. Содержание каменистых включений в глине не должно превышать 10%, а включения известняка должны иметь размер не более 1 мм.
Типичная схема подготовки гранул при этом способе такова (см. стр. 96—97). Эта схема представляет собой наиболее развитый вариант технологического процесса подготовки гранул по пластическому способу. В действительности отдельные заводы работают с различными упрощениями и видоизменениями этой схемы.
Предпочтительно иметь крытый механизированный глинозапасник, который обеспечивает стабильную влажность глины, поступающей в производство, исключает перебои в работе оборудования из-за транспортных трудностей и погодных условий и дает возможность эксплуатировать карьер в одну смену при трехсменной работе остального оборудования. При его отсутствии открытый склад глины все же обеспечивает лучшие условия эксплуатации оборудования, чем при работе с непосредственной подачей в производство карьерной глины.
Наличие двух глиномялок встречается довольно редко, хотя двойная переработка глины в глиномешалках заметно улучшает качество керамзита.
На многих действующих заводах установлены одни дырчатые вальцы, которые одновременно являются и перерабатывающими, и формующими. Однако практика показала, что в этом случае гранулы получаются с посеченной поверхностью и как следствие более тяжелыми и пониженной прочности. Производительность дырчатых вальцов зависит от диаметра формуемых гранул и изменяется от 8 м3/ч при d=7 мм до 25 м3/ч при d=\8 мм.
Первые керамзитовые предприятия в нашей стране в качестве формующей машины применяли не дырчатые вальцы, а ленточные прессы. Некоторые из них работают так и до сего времени. Замена ленточных прессов дырчатыми вальцами была вызвана тем, что при наличии в глине включений перфорированная решетка пресса часто засорялась. Кроме того, дырчатые вальцы являются машиной более компактной и легкой. Их можно монтировать на этажерках и перекрытиях этажей, в то время как для ленточных прессов необходим массивный фундамент. Однако в настоящее время выявился и суще-ственный недостаток дырчатых вальцов как формующей машины — в них длина гранул образуется стихийно и ее нельзя регулировать. Как правило, они дают гранулы с большим значением коэффициента формы, понижающим прочность керамзита. Ленточные прессы обладают в этом отношении определенным преимуществом — на них можно получать гранулы заданной длины и тем самым ррировать коэффициент формы керамзита. Однако в связи с тем что в ГОСТ 9759—61 величина коэффициента формы не регламентировалась, большинство керамзитовых предприятий продолжает работать с формованием гранул па дырчатых вальцах. Кроме того, ленточные прессы обеспечивают более интенсивную проработку глины, в результате которой получается легкий керамзит. Некоторые заводы заменили дырчатые вальцы ленточными прессами, улучшив при этом качество выпускаемого керамзита [38.]
При назначении диаметра формуемых гранул следует учитывать, что кривая зависимости объемной массы вспученной гранулы от ее диаметра в сырце имеет экстремальный характер и, следовательно, каждой глине соответствует некоторый диаметр сырцовых гранул, дающий керамзит с минимальной объемной массой.
Перед обжигом гранулы сушат не всегда. В некоторых случаях отмечается повышенная вспучиваемость гранул при их поступлении в печь непосредственно с формовочной машины без предварительной сушки. Однако такая схема применима только при высокой трещиностойкости глин в сушке и высокой их вспучива-емости. В последнем случае, если гранулы в печи даже разрушаются, то их осколки все равно будут вспучиваться, давая легкий керамзит. Осколки же гранул из средне- и слабовспучивающихся глин в обжиге почти не вспучиваются и заметно утяжеляют керамзит.
| Цеха и отделения | Режимы работы | ||
| Количество | Продолжительность смены в часах | ||
| Дней в году | Смен в сутках | ||
| Склад сырья, добавок и опудревательных порошков: а) прием сырья с ж/д или автотранспорта | |||
| б) выдача в производство | |||
| Отделение приема, переработки сырья и формирования гранул | |||
| Сушильное отделение | |||
| Отделение обжига | |||
| Склад готовой продукции: а) прием с производства | |||
| б) выдача на жд- транспорт | |||
| в) выдача на автотранспорт |
5а.Выбор режима работы
Заводы по производству искуственных пористих заполнителей имеют в своїм составе 3 цэха: цэх хранения и подготовки сырья (измельчение, рассеивание, распушивания, формование гранул), цэх термической обработки: (сушка, термоподготовка, обжиг),цэх рассева заполнителей по фракциям и их складирование.
Режим работы предприятий искуственных пористих заполнителей – непрерывный, круглогодичный, в 3 смены.Годовой фонд рабочего времени – 8760 часов.Коэффициенты использования рабочего времени основного обжигового оборудования принимаются по справочным данным (4,с.286).
Для отделений приема сырья и разгрузки продукции может бать непрерывный режим работы в зависимости от обьемов складов и условий поступлення сырья и разгрузки продукции.
Обьемный коэффициент выхода готовой продукции предвидит регулирования часовой продуктивности обжиговых агрегатов в зависимости от марки производимого керамзитового гравия.
| Марка керамзитового гравия | |||||||
| Обьемный коэффициент выхода | 1,33 | 1,14 | 1,00 | 0,89 | 0,87 | 0,73 | 0,67 |
| Тип оборудования | Годовой фонд времени работы предприятия | Годовое колличество суток ремонта оборудования | Годовой фонд работы оборудования | Коэффициент использования технологического оборудования | Годовой расчетный фонд рабочего времени оборудования |
| Вращающиеся печи | |||||
| Однобарабанные | 0,97 | ||||
| Двухбарабанные | 0,97 |
5б. Материальный баланс цеха
Материальный баланс составляется на год. Расчет осуществляется следующим образом:
Пр=По/(1-0,01*Б),
Где Пр-колличество материала на расчетной стадии,т/год.
По-колличествр материала на предварительной стадии, т/год.
Б-нормы потери или брака,%.
Исходные данные:
Продуктивность-1100 м3/год;
Нормы потери на стадиях:
Гравиесортировка-0,3%;
В холодильнике-0,2%;
В обжиговой печи-6%;
Всушильном барабане-1%;
Транспортное оборудование-1%.
Влажность:
Отформованых гранул-28%
Гранул после сушки-8%
Потери при прожаривании-7%
Расчет:
1. Продуктивность цеха: 1100*0,5=550 т/год
Ргн=500 кг/м3=0,5 т/м3.
2.Колличество керамзита, который поступает на склад готовой продукции:
550/(1-0,01*1)=555,56 т/год
Потери на транспортном оборудовании составляют: 5,6 т/год
3.Колличество керамзита, который поступает на гравиесортировку:
555,56/(1-0,01*0,3)=557,23 т/год
Потери на сортировке составляют:1,67т/год
4.Колличество керамзита, который поступает в холодильник:
557,23/(1-0,01*2)=568,6 т/год
Потери керамзита в холодильнике составляют: 11,37 т/год
5.Колличество керамзита, который поступает на обжиг:
А)с учетом потерь при обжиге
568,6/(1-0,01*6)=604,89 т/год
Потери керамзита при обжиге составляют:36,29 т/год
Б)с учетом потерь при прожаривании
604,89/(1-0,01*7)=650,42т/год
Потери керамзита при прожаривании: 45,53т/год
В)с учетом влажности:
650,42/(1-0,01*8)=706,98т/год
Потери с учетом влажности:56,56т/год
6.Колличество гранул, которые поступают на сушку:
А)с учетом потерь при сушке:
706,98/(1-0,01*1)=714,12 т/год
Потери при сушке составляют:7,14 т/год
Б)с учетом 20%-ой влажности:
714,12/(1-0,01*20)=892,65т/год
Масса выпареной влаги:178,53т/год
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5в. Выбор и расчет основного технологического и транспортного оборудования. Под технологическим расчетом оборудования понимают определение продуктивности машин и определение количества машин, необходимых для выполнения производственной программы на данной стадии. При выборе оборудования ориентируемся на современные, высокоэффективные машины и отечественного производства, которое серийно выпускается промышленностью. Расчет количества единиц оборудования осуществляется по формуле: n=Пт.ч/(Пч*Кв), n – количество необходимых единиц технологического оборудования; Пт.ч – необходимая часовая продуктивность на данной технологической стадии; Пч - часовая продуктивность выбранного оборудования; Кв - нормативный коэффициент использования оборудования по времени;
|
| № п/п | Название и краткая характеристика оборудования (габаритные размеры). | Холодильник | Кол – во шт. |
| 1. | Производительность, м3/ час | 0,12 |
| № п/п | Название и краткая характеристика оборудования (габаритные размеры). | Печь для обжига | Кол – во шт. |
| 1. | Производительность м3/час | не менее 0,16 | |
| Нет информации в виду отсутствия исходного материала |
5г. Выбор и расчет складов, бункеров и силосов.
Склады готовой продукции предназначены для сохранения принятых отделом технического контроля заполнителей до отгрузки их потребителю ж/д или автотранспортом.
Объем склада, м3, определяется по формуле:
Vз=Qдоб*Тзб*1,2*1,02;
Qдоб- суточный вывоз материала, м3;
Тзб- нормативный запас сохранения(5 суток);
1,2- коэффициент;
1,02- коэффициент, который учитывает потери при транспортировке.
Vз=3,01*5*1,2*1,02=18,44 м3.
Количество силосов:
n=Vз/(Vс*Кз)=18,44/(14*0,7)=2. (2 силоса Д=2м, Н=3м).
Контроль технологического процесса и качества готовой продукции: