Производство диатомитового кирпича способом выгорающих добавок

Значительная влажность  изделий, сформованных из опилочно-диатомитовой массы, требует большого расхода тепла для испарения. Например, при сушке одного глиняного кирпича удаляется около 1кг воды, а при сушке одного опилочно-диатомитового кирпича около 2кг воды.

При сушке  изделий в период постоянной скорости следует использовать теплоноситель (горячий воздух, дымовые газы) с небольшой температурой и большой степенью насыщения водяными парами. В период падающей скорости сушки следует повышать температуру теплоносителя и уменьшать степень насыщения его. Этому условию соответствует способ сушки противотоком. Переменный режим сушки способом противотока легче всего может быть достигнут в туннельных сушилках непрерывного действия. Поэтому рекомендуется сушить изделия с выгорающими добавками в противоточных сушилках, имеющих три зоны.

Общая продолжительность  сушки при оптимальном режиме составляет около 12ч. Применение туннельных сушилок непрерывного действия для сушки диатомитовых изделий является более эффективным, чем камерных сушилок периодического действия, так как последние имеют невысокий коэффициент использования по времени. Например, при продолжительности загрузки изделий в камеры и выгрузки из них в 8ч и сушки 12ч продолжительность одного цикла (оборота камеры) в сушилках периодического действия составит около 20ч.

Коэффициент использования  камер во времени будет равен 0,6, а в туннельных сушилках непрерывного действия он достигает 1.

Туннельные  сушилки по сравнению с камерными имеют меньший удельный расход тепла на испарение 1кг влаги, большую производительность и лучшие условия труда для рабочих.

Обжиг. Процесс горения органических добавок, запрессованных в изделия, нельзя рассматривать независимо от физико-химических явлений, происходящих в обжигаемом материале. Одна часть углерода топлива (опилок) сгорает сразу же до СО₂; другая в начале процесса горения, по-видимому, образует СО как непосредственно из углерода, так и путем частичного восстановления некоторого количества СО₂ в СО вследствие недостаточного притока кислорода. По мере выгорания опилок и возрастания пористости повышается температура обжига и увеличивается скорость диффузии газов в материале, вследствие чего интенсифицируется процесс горения. При этом создаются условия для развития беспламенного горения СО как в толще изделий, так и на поверхности их. Содержащиеся в диатомитовом сырье карбонаты во время обжига диссоциируют, и образующийся при этом углекислый газ участвует в генеративном горении запрессованного в изделии топлива.

Диатомит, состоящий  только из аморфного гидрата кремнезема, представляет собой очень тугоплавкий  материал с температурой плавления около 1700°С. Диатомиты почти всегда загрязнены глинистыми и другими легкоплавкими примесями, поэтому они начинают плавиться ниже этой температуры. Обычно изделия из них обжигают при 800 - 900°С.

Тепло для  обжига изделий получается от сгорания опилок. Вследствие равномерного распределения опилок в изделиях они обжигаются равномерно и быстро (16 - 20ч). Поэтому изделия обжигаются без расхода топлива, за исключением периодов розжига печи.

Обжиг изделий  с большой скоростью делает особенно эффективным использование туннельных печей. К достоинствам их относятся высокая производительность, механизированная загрузка и выгрузка изделий, возможность автоматического управления работой печи. Изделия с выгорающими добавками менее чувствительны к резким изменениям температуры при обжиге, чем изделия без добавок. Сырец с влажностью 20 - 30%, поступая в зону обжига, в которой температура равна 800 - 900°С, хорошо обжигается, не давая трещин и других видов брака. Поэтому процесс обжига можно вести быстро. Возможно совмещать сушку и обжиг в одной печи и тем самым сокращать продолжительность тепловой обработки.

Механическая обработка и упаковка изделий. Обожженные изделия вследствие малой прочности могут иметь отбитые углы, неправильные грани и другие дефекты. Для придания изделиям правильных форм и нужных размеров их обрабатывают на станках с циркульными пилами. После опиловки изделия следует упаковывать в деревянную или картонную тару для предохранения от повреждения при складировании и перевозках.

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Режим работы  и производственная программа предприятия

Так как данное производство включает в себя туннельную печь, то принимаем непрерывную рабочую  неделю при круглосуточной трехсменной  работе. Следовательно, 365 рабочих дней в году, из них 20 суток – время капитального ремонта. Длительность смены равна 8ч.

Таблица 4

Режим работы предприятия

Цех	Рабочих дней в  году	Рабочих смен в  сутки	Длительность смены, ч	Коэффициент использования оборудования	Годовой фонд времени работы
1	2	3	4	5	6
Цех по производству Д.К1-600	345	3	8	0,95	328

 

Заданная производительность – 100000м³/год.

Возможный брак равен 1,5% от объема выпускаемой продукции.

Средняя плотность выпускаемого диатомитового кирпича марки Д.К1-600 составляет 600кг/м³.

Таблица 5

Производственная программа  предприятия

Вид продукции	Единица измерения	Выпуск продукции
		в год	в сутки	в смену	в час
1	2	3	4	5	6
Д.К1-600 без учета брака	м3	100000	304,9	101,6	12,7
Д.К1-600 с учетом брака		101500	309,5	103,2	12,9
Д.К1-600 без учета брака	т	60000	182,9	61,0	7,6
Д.К1-600 с учетом брака		60900	185,7	61,9	7,7

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Сырьё и полуфабрикаты

Диатомит. Основным видом сырья в производстве теплоизоляционной керамики, а следовательно, и диатомитовых изделий, служат диатомиты, представляющие собой кремнеземистую породу осадочного происхождения.

По химическому  составу эта горная порода является в основном природным гидратом кремнезема, относящимся к группе опала. Химический состав диатомита в чистом виде может быть выражен формулой mSiO₂*nH₂O. Содержание гидратной воды меняется, что объясняется неустойчивым состоянием вещества со склонностью к постепенной дегидратации и превращению в безводную модификацию кремнезема — халцедон. В диатомитах содержание SiO₂ составляет от 70 до 95%, а количество гидратной воды от 3 до 8%. Кремнезем в диатомитах находится в аморфном состоянии. Кроме кремнезема они содержат в небольших количествах глиноземистые вещества, карбонаты и сульфаты натрия, кальция и магния, а иногда и примеси органических веществ. В табл. 6 приведен химический состав диатомитов некоторых месторождений. Для нашего производства будем использовать диатомиты Сенгилеевского месторождения.

Таблица 6

Химический  состав диатомитов  различных месторождений

Месторождение	Содержание, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	П.п.п.
Инзенское (Ульяновская область)	78	6	2	0,6	1	10
Сенгилеевское (Ульяновская  область)	83	7	2	0,7	1	5

 

Диатомиты в природном состоянии обладают большой пористостью, достигающей 80 - 85%. Пористость мелкая, преимущественно замкнутая, равномерно распределенная. Диатомиты имеют плотность в пределах 800 – 1000кг/м³. Одно время считали диатомит породой зоогенного происхождения, состоящей из скелетов инфузорий, что нашло отражение в устаревших названиях этой горной породы — инфузорная земля или инфузорит. В дальнейшем выяснилось, что диатомиты являются фитогенными (т.е. образованные растениями) породами. Исходным веществом при образовании диатомитов послужили кремнеземистые панцири отмерших микроорганизмов, называемых диатомеями, откуда и произошло современное название диатомита. Диатомеи настолько малы, что в 1см³ содержатся миллионы панцирей.

Диатомиты представляют собой однородный рыхлый материал, преимущественно светло-серого цвета  с желтоватым или зеленоватым оттенком, хотя встречаются разновидности и более темной, вплоть до черной окраски. Они обладают малой твердостью, из них можно легко вырезать или выпиливать кирпичи с высокой естественной пористостью. Влажность диатомитов в залежи доходит летом до 40%, а зимой до 60% и более. При затворении водой они образуют массу, пластичность которой в известной мере зависит от состава и количества содержащихся в них примесей, главным образом от содержания А1₂О₃. Наиболее чистые в химическом отношении диатомиты малопластичны.

Для улучшения  формовочных свойств, повышения пластичности и связности их смешивают с небольшим количеством глинистых веществ. Вследствие большой дисперсности и гидрофильности водопоглощение диатомитов достигает 150% (по весу), что намного больше водозатворения кирпичных глин, цемента и извести при превращении их в тесто. Высокое водопоглощение  диатомитов является ценным свойством, правильно пользуясь которым можно повысить пористость изделий.

Выгорающие  вещества. Выгорающими добавками обычно служат древесные опилки, а иногда торф. Преимущественное применение опилок для этой цели объясняется распространенностью лесопильных и деревообрабатывающих предприятий, отходом которых они являются.

Опилки твердых  лиственных пород лучше опилок хвойных  пород, так как последние вследствие большого содержания летучих веществ в древесине при обжиге изделий образуют в них микротрещины, понижающие прочность изделий. Продолговатая форма и неодинаковые размеры опилок приводят к растянутым очертаниям и различной величине пор, образующихся при выгорании опилок. Для обеспечения прочности и хороших теплоизоляционных свойств изделий наиболее желательна мелкая и равномерная пористость. Поэтому опилки просеивают и в качестве выгорающей добавки используют фракцию с размером частиц не более 7 - 8мм.

Опилки, запрессованные в массу, при выгорании образуют поры, служат топливом при обжиге и являются отощающей добавкой, которая уменьшает усадку и увеличивает влагопроводность изделий при сушке. Основным назначением опилок является создание наибольшей пористости изделий при одновременном обеспечении достаточной прочности.

Количество  опилок, добавляемых в массу, определяется в первую очередь технологическими требованиями, а не теплотехническими  условиями обжига. Избыток опилок ухудшает формовочные свойства массы, из-за недостатка вяжущего компонента в ней не достигается нужная прочность изделий.

Для получения изделий  хорошего качества с объемным весом 500 - 700 кг/м³ содержание опилок в сухой смеси должно быть от 25 до 35% (по весу). Поэтому примем содержание древесных опилок в размере 30% от массы диатомита.

Таблица 7

Расход материалов для производства 1м³ диатомитового кирпича марки Д.К1 - 600

№ п/п	Материал	Расход	Расход, %
1	Диатомит	660кг	50,3
2	Древесные опилки	198кг	24,1
3	Вода	420л	25,6

 

 

 

 

Таблица 8

Материальный  баланс

Наименование передела	Потери, %			Потребность в сырье, т
	мех.	физ.-мех.	хим.	в год	в сутки	в смену	в час
1	2	3	4	5	6	7	8
СГП      W=1,5%		-1,5		60900	185,7	61,9	7,7
Оправка изделий	1,5			60900	185,7	61,9	7,7
Туннельная печь		удаление воды при  сушке 55	удаление воды при  обжиге 5 выгорание добавок 24,1 п.п.п. 5,03	115180,2	351,2	117,1	14,6
Резательный станок				115180,2	351,2	117,1	14,6
Формование W=60%				115180,2	351,2	117,1	14,6
Бункер				115180,2	351,2	117,1	14,6
Бегуны	1,5			116907,9	356,4	118,8	14,9
Линия воды (25,6%)
Дозатор	0,5			29928,4	91,2	30,4	3,8
Бак с водой				30078,0	91,7	30,6	3,83
Дозатор	0,5			86979,5	265,2	88,4	11,05
Бункер				86979,5	265,2	88,4	11,05
Смеситель	1,5			88284,2	269,2	89,7	11,2
Линия опилок (24,1%)
Дозатор	0,5			21276,5	64,9	21,6	2,7
Бункер				21276,5	64,9	21,6	2,7
Грохот	1,5			21595,6	65,8	21,9	2,74
Склад опилок				21595,6	65,8	21,9	2,74
Линия диатомита (50,3%)
Дозатор	0,5			67007,7	204,3	68,1	8,5
Бункер   W=10%				67007,7	204,3	68,1	8,5
Шахтная мельница		удаление воды при  сушке  40		93810,8	286,0	95,3	11,9
Бункер				93810,8	286,0	95,3	11,9
Вальцы	1,5			95218,0	290,3	96,8	12,1
Склад диатомита  W=50%				95218,0	290,3	96,8	12,1