Автоматизация процесса производства силикатного кирпича

     Повышенная  концентрация извести в растворе CaO > SiO₂:

     2Ca(OH)₂ + SiO₂ + (n - 2) H₂O → 2 CaO ⋅ SiO₂ ⋅ n H₂O - гидросиликат кальция (гиллебрандит) повышенной основности

     Наличие C₂SH способствует увеличению морозостойкости.

     Стабильность 2CaO ⋅ SiO₂ ⋅ H₂O уменьшается при изменении концентрации извести в исходном (маточном) растворе.

     В связи с уменьшающейся (после выпадения из раствора  
2CaO ⋅ SiO₂ ⋅ H₂O) концентрацией извести при увеличении содержания в растворе кремнекислоты наступает разложение высокоосновного гидросиликата (2CaO ⋅ SiO₂ ⋅ H₂O) и образование менее основных гидросиликатов (CaO ⋅ SiO₂ ⋅ H₂O). Возможно образование CaO ⋅ SiO₂ ⋅ H₂O непосредственно путем взаимодействия извести с кремнеземом.

     Пониженная  концентрация извести в растворе CaO < SiO₂:

     Ca(OH)₂ + SiO₂ + (n - 1) H₂O → CaO ⋅ SiO₂ ⋅ n H₂O - гидросиликат кальция пониженной основности.

     CSH из-за слоистой кристаллической структуры вызывает заметные усадочные явления при высыхании цементного камня.

           По мере увеличения продолжительности автоклавной  обработки образуется группа гидросиликатов-тоберморитов, которые обуславливают высокую прочность автоклавных материалов:

     5CaO ⋅ 6SiO₂ nH₂O (n = 3 - 5) – тоберморит.

     При высоком содержании тоберморитов в  цементном камне прочность и  морозостойкость силикатных изделий снижается. Следовательно, время автоклавной обработки строго лимитировано.

     Образующиеся гидросиликаты кальция (≈ 20% от общего веса) связывают (цементируют) основное количество крупных зерен песка в монолит.

     Твердение силикатного кирпича не прекращается, а прочность повышается после  запаривания.

     Образующиеся  в результате реакции гидросиликаты  срастаются с зернами песка в  прочный камень. Однако прочность  силикатного кирпича продолжает повышаться после запаривания. Часть  извести, не вступившая в реакцию  с кремнеземом песка, реагирует  с углекислотой воздуха, образуя  прочный Са-СО₃, т.е. происходит карбонизация:

     Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О. 

     1.2 Описание технологического процесса производства силикатного кирпича

     Для осуществления силосного способа получения силикатного кирпича разработана технологическая линия, состоящая из емкостей для промежуточного хранения сырьевых компонентов и полуфабрикатов, дозаторов песка, извести и вяжущего, шаровой мельницы, прессов, автоклавов и транспортных систем, которая от известных отличается тем, что шаровая мельница оснащена двумя трубопроводами с дозаторами для подачи воды и пара, а технологическая линия взамен смесителей содержит стержневую мельницу, производительность которой обеспечивает обработку всей смеси с удельными энергозатратами от 7 до 16 кДж на 1 кг сухой смеси.

     Схема технологической линии работает следующим образом. Известь поступает в бункер 1 при помощи скребкового конвейера 7.  Песок подают в бункер 2 при помощи ленточного питателя. Дробленую известь фракции 0-30мм из бункера 1 с помощью дозатора 6 подают в шаровую мельницу 10. Одновременно из бункера 2 в мельницу 10 подают песок, а также воду из емкости 3 или воду с водяным паром по трубопроводам. Воду и пар подают в количестве, достаточном для гашения извести на 70-100%.

     В шаровой мельнице 10 осуществляют тонкое измельчение извести и более грубо мелют песок, при этом используют эффект химического диспергирования извести при ее гидратации, что значительно ускоряет весь процесс измельчения. Вяжущее транспортируют в емкость 4 при помощи многоковшового элеватора 18, откуда его подают дозатором 6 в стержневую мельницу 11. Одновременно с вяжущим в стержневую мельницу 11 подают песок-заполнитель из емкости 5, а также воду по трубопроводу из емкости 3.

     В стержневой мельнице 11 вяжущее интенсивно смешивают с заполнителем и увлажняют сырьевую смесь до заданной формовочной влажности, находящейся в пределах 4-10%.

     Из  стержневой мельницы 11 смесь попадает в силос. В результате предварительного нагрева температура массы в  мельнице 11 достигает 60-70^оС, а в силосе быстро повышается до 100^оС /4/ и через 4-6 часов известь полностью гасится.

     Выгруженная масса через лоток и решетку  попадает на ленточный транспортер, а затем на прессы 14.  Для облегчения выгрузки дну силоса придают уклон в 30-35^оС и обивают его гладкими листами железа.  Сформованный сырец подвергают гидротермальной обработке в автоклаве 15, где кирпич приобретает необходимую прочность.

     Из  автоклава готовый кирпич поступает на склад.

     1.3 Основное оборудование процесса производства силикатного кирпича

     1.3.1 Силос

     Силос представляет собой /4/ цилиндрический сосуд из листовой стали высота силоса 8 — 10 м, диаметр 3,5 – 4 м. Цилиндр силоса образуется из металлических оцинкованных панелей, волнистого профиля, собираемых на болтовых соединениях с уплотняющими прокладками. Толщина панелей по ярусам различна, что обеспечивает оптимальную прочность при минимальной металлоемкости конструкции. На цилиндре силоса монтируются лестницы для обслуживания, а также датчик верхнего предельного уровня и устройства для отбора проб из силоса. Вертикальная устойчивость цилиндра силоса обеспечивается рёбрами жёсткости.

     Крыша силоса представляет собой конусную пространственную конструкцию. Вверху крыша имеет горловину для загрузки, оборудована лестницей обслуживания, смотровым люком и узлом крепления термоподвесок системы послойного контроля температуры зерна. Конструкция крыши исключает попадание в силос атмосферных осадков и обеспечивает максимальную вместимость хранимого продукта.

     Днище силосов с конусным основанием представляет собой перевернутый конус, образованный из стальных секторов с углом наклона, обеспечивающим оптимальные условия  выгрузки хранимого продукта из ёмкости  самотеком. В нижней части конусного  днища имеется выгрузное устройство – задвижка. Конусное днище состыковано с опорным кольцом силоса, передающим всю нагрузку от веса хранимого зерна на вертикальные опоры. Высота опор выбрана таким образом, что позволяет производить выгрузку из силоса самотеком на транспортёр. Вертикальные опоры силоса закрепляются на бетонном основании при помощи анкерных болтов.

     1.3.2 Шаровая мельница

     Шаровая мельница предназначается для измельчения  различной руды и других материалов, применяется в отраслях обогащения, стройматериалов и химической промышленности. Она имеет 2 вида измельчения – сухое и влажное. По разгрузочной форме может разделяться на 2 вида – решетчатое и переливное. Шаровая мельница является ключевым оборудованием вторичного дробления после дробления материалов. Она широко применяется в производительных отраслях цемента, силикальцита, огнестойких материалов, удобрения, а также стекла и керамики.

     Шаровая мельница является решетчатой шаровой  мельницей, которая имеет горизонтальную барабанную установку вращения, с  двумя камерами и передачей зубчаткой  внешнего обода. Материалы от впускного  оборудования через пустотелый вал  впуска кручено и равномерно входят в первую камеру. В этой камере имеется  ступенчатая подшивка или волнистая  подшивка, внутри вставляются стальные шары разной формы. Во время вращения корпуса барабана возникает центробежная сила, которая поднимает стальные шары до определённой высоты, потом стальные шары падают для тяжёлого удара и полирования материалов, когда материалы в первой камере достигнет грубого измельчения, через однослойный затвор входит во вторую камеру. В этой камере вложена плоская подшивка, где имеются стальные шары для дальнейшего полирования материалов. Порошковидные материалы выпускаются через решетку. Измельчение заканчивается.

     Шаровая мельница состоит из части питания, части выгрузки, части передачи (редуктора, маленьких передаточных зубчаток, двигателя, электрического управления).

     В барабане вложена износостойкая  подшивка с лучшей износоустойчивостью.

     1.3.3 Пресс

     Пресс предназначен для формования силикатного  кирпича утолщенного (250x120x88) пустотелого, а также одинарного (250x120x65), изготовляемых из увлажненной смеси песка и извести (с пористыми добавками или без них).

     Технические характеристики:

     Производительность  изделий: 3070 шт/ч

     Расчетное усилие, МП (т) прессования 1,8 (180)

     Количество  одновременно прессуемых кирпичей, шт: 2

     Количество  пресс-форм, шт: 16

     Расчетное давление, МПа (кгс/см²) прессования 30 (300)

     Глубина засыпки пресс-форм, мм: 145

     Мощность  двигателя механизма прессования  кВт, не более 37

     Габаритные  размеры, мм, не более: 4730x3090x3100 Масса, кг 21700.

     1.3.4 Автоклав

     Автоклав  представляет собой /2/ стальной цилиндр, склепанный или сваренный из отдельных звеньев. С торцов цилиндр закрыт выпуклыми днищами, из которых одно или оба закрываются герметическими крышками.

     Автоклав  с одной крышкой называется тупиковым, а с двумя — проходным. Наиболее распространены тупиковые автоклавы.

     В производстве силикатного кирпича  применяются автоклавы длиной от 17 до 50 м и диаметром от 2 до 2,2 м, со стенками толщиной 14 – 15 мм давление 0,8-1,3МПа вместимостью 10-40 вагонеток.

     В тупиковом автоклаве (старого типа) с одного конца к корпусу приваривается наглухо днище, а с другого конца кольцо или фланец. Фланец снабжен откидными болтами, шарнирно укрепленными на нем для закрепления крышками. В крышке и фланце автоклава имеется паз для асбестографитовки прокладки, необходимой для создания герметичности. В проходном автоклаве фланцы привариваются к обоим концам цилиндра.

     Крышка  автоклава представляет собой выпуклое днище толщиной 18мм с прорезями для откидных болтов. Она снабжена петлей, предназначенной для зацепления крышки крюком кран-балки при открытии автоклава.

     1.4 Выбор и обоснование параметров нормального технологического режима

     В производстве силикатного кирпича  необходимо контролировать уровень  заполнения бункеров компонентами, необходимыми для приготовления силикатной смеси, необходимо производить контрольные взвешивания порций компонентов, выдаваемых питателями и дозаторами за определенный промежуток времени (например, за 15 —20 с) и контролировать дозирование компонентов силикатной смеси.

     Также надо контролировать влажность компонентов смеси и правильность проведения заданного режима запаривания сырца при автоклавной обработке, где давление должно превышать, по крайней мере, на 0,05 МПа заданное давление в автоклавах. Необходимо регулярно следить за выпуском воздуха из автоклавов в начале запаривания и температурой внутри автоклава.

     На  основании этого описания обобщим  сведения о контролируемых параметрах и составим таблицу, в которой  кроме контролируемых параметров указаны диапазоны измерения, точки контроля и допускаемые погрешности.

    Таблица 2 – Параметры нормального технологического режима производства силикатного кирпича

Технологический параметр	Значение  контро-лируемой величины	Откло-нение пара-метра	Место контроля	Вид контроля
				Контроль	Регист-рация	Сигна-лизация
1	2	3	4	5	6	7
1. Уровень извести	1 м	±10	Бункер	+	+	+
2. Уровень песка	1,5 м	±10	Бункер	+	+	+
3. Вода	10-15ºС	±5	Емкость	+	+	-
4. Вяжущее	2 м	±10	Бункер	+	+	+
5. Песок-заполнитель	1,5 м	±10	Бункер	+	+	+
6. Дозатор	30-40º	±5	Бункер	+	+	+
7. Влажность	30-40%	±10	Шаровая мельница	+	+	-
8.Влажность	30-40%	±10	Стержневая мельница	+	+	-
9. Давление	15-20 МПа	±0.3	Прессы	+	+	-
АВТОКЛАВ				+	+
10. Температура  внутри	175ºС	±15	Автоклав	+	+	-
11.Давление  внутри	0,8-1,3МПа	±5	Автоклав	+	+	-
12. Давление  в системе	1,5МПа	±3	Трубопровод	+	+	-
13. Давление  в системе	1,2 МПа	±3	Трубопровод	+	+	-
СБОРНИК ДЛЯ КОНДЕНСАТА				+	+	+
12. Верхний уровень	0,6 м	±5	Сборник	+	+	+
13. Средний уровень	1 м	±5	Сборник	+	+	+
14. Нижний уровень	1,6 м	±5	Сборник	+	+	+
15. Тензодатчики	0,2-4 тонн	±10	Конвейеры	+	+