Технология производства

1. Обоснование выбора способа производства

На современных заводах Голландии, Германии, Финляндии, Польши и ряде других стран используют новейшее оборудование и агрегаты, управление работой которых механизировано и автоматизировано. Применяют ящичные подаватели с объемом бункеров 100 м и более, вальцы различных типов (зубчатые, камневыделительные, грубого и тонкого помола со шлифовальными приспособлениями), бегуны, двухвальные смесители, глинопротирочные машины, башни-силосы, мощные вакуум-прессы для формования труб из масс с пониженной влажностью (12-14%), резательные и укладочные автоматы. Оборудование расставляют по горизонтальной схеме, что обеспечивает свободный доступ к нему при монтаже и ремонте. Получили распространение камерные сушилки нового типа с ритмическим режимом сушки. Периодичность работы этих сушилок, позволяющих вести загрузку и разгрузку пять дней в неделю при любом режиме сменности прессового отделения, выявила их преимущества перед непрерывно действующими туннельными сушилками. В камерных и туннельных конструкциях сушилок зарубежных заводов применяют индивидуальные вентиляционные агрегаты с электрическими или паровыми калориферами для промежуточного подогрева теплоносителя, снабженные осевыми вентиляторами, которые могут подавать дополнительный теплоноситель на отдельные участки сушилки с созданием многократной поперечной рециркуляции. Индивидуальные вентиляционные агрегаты используют как для стационарной установки по осевой линии в сдвоенных сушильных туннелях, так и с передвижением в сушильных помещениях при сушке труб на стеллажах. Срок сушки в сушилках различного типа от 30 до 60 ч. Новые туннельные печи длиной от 90 до 140 м с шириной обжигового канала 2, 6 - 6, 8 м при высоте 1, 5-1, 7 м имеют плоский свод, в который вмонтированы импульсные горелки и вентиляционное оборудование. Сроки обжига от 35 до 55 ч. Некоторые фирмы применяют упаковку труб в полиэтиленовую пленку. Мешок из пленки надевают на пакет труб, лежащий на поддоне, после чего пленку подвергают тепловой обработке; она дает усадку, скрепляя в единый комплекс поддон и трубы. В самом крупном и наиболее механизированном заводе керамических дренажных труб “Дольни Буковско” мощностью 38 млн. шт. труб усл. диаметра изготавливаются многогранные трубы диаметром до 130 мм.

Подготовка массы заключается в обогащении, дроблении, тонком помоле материалов, увлажнении и перемешивании массы. Подготовленные материалы керамической массы тщательно смешивают. Различают три способа приготовления керамической массы: пластический, полусухой и шликерный.

При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства керамических строительных материалов является наиболее простым, наименее трудоемким и потому наиболее распространенным. Он применяется в случаях использования среднепластичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу.

Набор и разновидности машин для подготовки массы могут отличаться в зависимости от свойств сырья и добавок. Однако формование при пластическом способе всегда производится на машине одного принципа действия – ленточном шнековом прессе с вакуумированием и подогревом или без них. Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить ее формовочные свойства, увеличить прочность обоженного изделия до 2-х раз. В корпусе пресса вращается шнековый вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывного бруса или ленты, или трубы под давлением 1, 6-7 МПа.

Полусухой способ производства строительных керамических изделий распространен меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты с влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа. Недостаток способа в том, что его металлоемкость почти в 3 раза выше, чем пластического. Но вместе с тем он имеет и преимущества. Длительность производственного цикла сокращается почти в два раза; изделия имеют более правильную форму и более точные размеры; до 30% сокращается расход топлива. В производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства – золы, шлаков и др. Сырьевая масса представляет собой порошок, который должен иметь около 50% частиц менее 1 мм и 50% размером 1-3 мм.

Прессование изделий производится в прессформах на одно или несколько отдельных изделий на гидравлических или механических прессах. По этому способу делаются все виды изделий, которые изготовляются и пластическим способом.

Технологическая схема производства изделий с пластическим способом подготовки массы, несмотря на свою сложность и длительность, наиболее распространена в промышленности изделий из керамики. Метод формования из пластических масс исторически сложился на основе пластических свойств глин и широко используется в керамической технологии. Способ пластического формования позволяет выпускать изделия в широком ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и большей пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкость таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья.

В проекте будем использовать схему производства изделий пластическим методом, поскольку используемая глина достаточно высокой влажности, среднепластичная. При переработке глин в сыром виде схема подготовки сырья несколько проще и экономичней, поскольку нужно меньше перерабатывающего оборудования, следовательно, меньше энергоемкость. Все оборудование более надежно и просто в обслуживании. Температура обжига изделий примерно на 50^оС ниже, чем у изделий полусухого прессования, что позволяет также снизить энергозатраты на обжиг и в какой-то мере компенсируют высокие затраты на сушку.

Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить каменистые включения, разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а также придать массе надлежащие формовочные свойства. Обжиговые вагонетки подаются передаточной тележкой и проталкиваются гидравлическим толкателем в туннельную печь, а после обжига разгружаются на складе или непосредственно в вагоны и автомашины.

В производстве канализационных труб применяют те же способы переработки сырья, что и в производстве черепицы или дренажных труб.

В связи с вышеизложенным мной выбрана технология производства керамических труб пластическим способом формования [6].

Глина

↓

Глинорыхлитель

↓

Дозирование

(ящичный подаватель)

↓

Грубое измельчение глины (дезинтегратор)

↓

Тонкий помол и просев (шахтные мельницы)

↓

Хранение (бункер с дозатором)

↓

Вода Увлажнение (двухвальный смеситель)

↓

Формование труб (трубный пресс)

↓

Подвялка, оправка и нанесение резьбы

↓

Сушка (туннельная сушилка)

↓

Глазурь Глазурование (глазуровочная машина)

↓

Топливо Обжиг (туннельные печи)

↓

Сортировка

↓

Хранение (склад)

Рисунок 1.3 – Технологическая схема производства керамических труб

2. Описание технологической схемы

Перед началом формования по технологической схеме проектируемого завода является переработка и подготовка масс. Влажность глины после, поступающей не механическую обработку составляет 9-11%.

Кусковая глина в начале процесса поступает на глинорыхлитель. Дозирование глинистых компонентов и равномерная подача их на последующую переработку осуществляется ящичным питателем, в них происходит не только дозирование, но и частичное разрыхление сырьевых материалов. После дозирования сырья оно поступает дезинтегратор для грубого измельчения, при котором происходит измельчение и удаление с массы твердых включений с помощью стальных полос (бил) находящиеся на поверхности дезинтегратора. Затем глина, уже без каменистых включений, подается в мельницы для дальнейшего тонкого помола. После измельчения материал поступает в систему сепарации и выходит из агрегата с заданной степенью помола – до 1 мм. Составные части массы дозируются при помощи секционных, тарельчатых и других дозаторов. На заводах для смешения и увлажнения компонентов массы используют смесители. Предварительно дозированная глина попадает в двухвальный смеситель. В двух цилиндрах перемешивается масса двумя вращающимися валами, оснащенные лопатками. В корпусе смесителя расположена система пароувлажнения щелевого типа, способствующая равномерному увлажнению массы. Далее однородная масса отправляется на пресс для формования [7].

Формование. Пластическое формование труб осуществляют на шнековых вертикальных и реже горизонтальных прессах.

Рисунок 1.4 – Вакуумный пресс: 1) рама; 2) вал со шнеком; 3) редуктор пресса; 4) электродвигатель; 5) электромагниты; 6) корпус пресса; 7) стальная струна; 8) направляющие колонки; 9) подъемный стол; 10) труба; 11) направляющая штанга; 12) грузы; 13) блоки; 14) траверса;

В моем проекте выбран вертикальный вакуум пресс (СМ-88) (Рисунок 1.4). На раме 1 смонтирован корпус пресса 6, в котором вращается вал 2 со шнеком, приводимый в движение электродвигателем 4, мощностью 115 кВт. Редуктор пресса 3 имеет передаточное число 1: 8. Пуск и остановка пресса производится при помощи фрикционной муфты двумя электромагнитами 5 типа КМТ-104 автоматически. На подъемном столе 9, перемещающемся по направляющим колонкам 8, есть рельсы для передвижения тележки, на которой формуется труба. Направляющая штанга 11 с траверсой 14, закрепленной на трубе 10 при помощи роликов, перемещающихся по направляющим колонкам, обеспечивает плавное передвижение и балансировку стола. Подъемный стол уравновешивается грузами 12, которые закреплены на тросах, переброшенных через блоки 13. По мере увеличения длины и массы формуемой трубы стол опускается вниз. Тормозится стол автоматически при помощи электромагнитов. В момент окончания формования труба отрезается стальной струной 7. При выходе из пресса на конец ствола трубы наносится нарезка. Кроме того, на трубах большого диаметра делается надрез конца трубы на глубину 3/4 толщины стенки.

Рисунок 1.5 – Схема формования трубы. а – формование раструба; б – формование ствола; в – отрез трубы; г – отбор трубы. 1) подвижной стол; 2) подставка; 3) мундштук; 4)колокол; 5) раструб трубы; 6) резак.

В прессах более совершенных конструкций подъемный стол работает при помощи электро-пневмо-цилиндров, что обеспечивает плавную работу пресса и высокую производительность до 550-600 труб в час. Съем труб у таких прессов производится автоматически.

Вакуумируется масса в вакуумной камере высотой 350-500 мм, располагающейся на верхней части корпуса пресса. Давление 90, 67-100 кПа. Живое сечение перфорированной решетки должно быть равным сечению формуемого изделия или на 3-5% больше его. Форма отверстия овальная. Механическая прочность труб из вакуумированных масс повышается на 15-40%, а водопоглощение снижается на 1-1, 5%.

После того, как формование раструба закончено, масса выходит из мундштука, стол пресса непрерывно опускается с подставкой (рисунок 1.5), образуя тело трубы. Организация производства безраструбных труб почти на 50% сокращает время на формование труб, снижает продолжительность и потери труб при сушке и обжиге.

Отклонения по толщине стенки ствола и раструба трубы допускается не более ±3 мм, по длине ±20 мм, по кривизне ствола – 8 мм.

При формовании труб на полуавтоматических прессах операции нарезки и оправки концов ствола и раструба производится механизмами, установленными на прессе. В других случаях оправку и нарезку наносят после подвялки труб вручную или механизировано, с помощью передвижных станков с механическим приводом, станков с горизонтальными вращающимися дисками и др.

Производство труб на конвейерных линиях СМ-452, СМ-901 и других имеет много преимуществ по сравнению с агрегатным способом. Поточная линия производства канализационных труб диаметром 350-700 мм и 150-300 мм включает формование труб пластическим способом, отбор труб от пресса, оправку, сушку, глазурование.

Прочность свежесформованных труб не ниже 1, 18 МПа. Длительность формования зависит от размера труб и составляет 120-80 с, что обеспечивает производительность около 15 т/ч. Гидростатическим способом изготавливают трубы диаметром 1, 5-2 м и длиной до 2 м [7].

Сушка. Искусственная сушка труб осуществляется в камерных, туннельных и конвейерных сушилках.

Туннельные сушилки имеют длину от 32 до 47 м и бывают двух-, трех- и четырехпутные. Трубы в туннельные сушилки подаются на обычных или монорельсовых вагонетках по 4-16 труб в зависимости от диаметра. Температура теплоносителя, поступающего в туннель со стороны выгрузки, 90-140°С, отбираемого – 35-40°С при относительной влажности около 90%. Плотность загрузки туннельных сушилок до 60 кг на 1 м³ внутреннего объема. Время проталкивания вагонеток 30-60 мин. Продолжительность сушки 14-22 ч для труб диаметром 150-200 мм.

Значительные перепады температур между верхом и низом садки (до 40-50°С) удлиняют время сушки, приводят к повышенному расходу тепла (до 8, 4 МДж/кг°С на испарение влаги) и неравномерной сушке труб (таблица 1.11)

Таблица 1.11

Влажность труб при переходе из одной зоны сушки в другую

Рециркуляция теплоносителя частично устраняет этот недостаток. Влажность после сушки от 3 до 5% в зависимости от диаметра труб [7].

Глазурование труб производят глиняными сырыми глазурями (таблица 1.12) и реже соляной глазурью.

Приготавливают глазурь совместным помолом в шаровой мельнице предварительно измельченных компонентов. Температура разлива глазурей 1080-1180°С. Соотношение массы материала, воды и мелющих тел составляет 1: 1: 1. Продолжительность помола 14-40 ч. Загружают компоненты в мельницу в два приема – сначала крупнозернистые твердые компоненты (пегматит, марганцевая руда и др.) и глину от 5 до 50%, а после размола в продолжении 22-24 ч добавляют остальные материалы. Совместный помол продолжается не менее 4 ч. Тонкость помола глазури характеризуется остатком на сите 10000 отв/см² не более 2%. Перед подачей на глазурование в мешалку добавляют воду из расчета доведения плотности глазури до 1, 36–1, 45 г/см³ (влажность глазури 49-52%).

Глазуруют трубы, погружая их в глазурь, поливом глазурью, пульверизацией, а также соляной глазурью. Глазуровать горячие трубы (свыше 40°С) нельзя.

Таблица 1.12

Составы глазурей.

Глазурование пульверизацией применяют при одностороннем (на внутреннюю поверхность трубы) нанесении глазури (рисунок 1.6).

Глазурь из резервуара подается под давлением по трубопроводу и носителя на внутреннюю поверхность керамической трубы 15, выходящей из мундштука пресса 12, с помощью пистолета 6, распылитель 14 которого установлен на одной оси с фильерой. Глиняная масса 9 после вакуумирования подается под давлением шнеком 7, который вращается в корпусе 8, проходит через крестовину 5, закрепленную неподвижно между корпусом и нижней частью мундштука 10. Колокол 11 соединен с крестовиной полым болтом 4. Диск 13, закрепленный на стержне 18, в начале процесса формования трубы, поднимается к колоколу 11, при этом происходит формование раструба 16.

Рисунок 1.6 – Устройство для нанесения глазури на внутреннюю поверхность

Отформованный раструб оправляется проволокой 3, укрепленной на вращающейся рукоятке 1, которая вмонтирована в столик 17. На стол опирается диск 13. По окончании формования раструба стол 17 начинает опускаться под давлением выходящей из пресса трубы. Палец 2, закрепленный на столе 17, опускает рычаг прерывателя, с помощью которого открывается электроклапан, и глазурь поступает в пистолет и распылитель. Глазурь распыляется кругообразно по внутренней поверхности трубы до тех пор, пока палец не закроет прерыватель и не разомкнется сеть питания электроклапаном. Труба, отрезанная вращающимся проволочным устройством, снимается с диска, и цикл повторяется. Пистолет 6 с помощью труб через электроклапан и регулятор подачи воздуха присоединен к резервуару для распыления глазури. Нанесение глазури на стенки свежесформованной трубы обеспечивает хорошее ее сцепление. Процесс глазурования прекращается только в момент прессования края трубы, внутренняя поверхность которого остается неглазурованной для обеспечения правильного соединения швов. Процесс глазурования происходит непрерывно [7].

Обжиг. Канализационные трубы обжигаются в туннельных печах и реже в печах периодического действия при 1080-1180°С.

Таблица 1.13

Характеристика туннельных печей.

В туннельных печах обжигается до 70% всех выпускаемых труб. Поэтому в данной технологии мной выбрана туннельная печь для обжига изделий.

Трубы на вагонетку туннельной печи (Рисунок 1.7) помещают на так называемый " развитой под", устраиваемый из шамотного кирпича, посадочных колец, конусообразных шамотных подкладок и др. Садка труб на развитой под способствует более равномерному обжигу.

Способы садки зависят от диаметра труб. Трубы диаметром до 300 мм садят в разбежку (раструбами вверх вниз), без посадочных колец. Плотность садки труб – 290-320 кг/м³. На одну вагонетку устанавливают 18-47 труб, в зависимости от размеров, общей массы 1, 5-1, 7 т. Периодичность толкания вагонеток 40-60 мин для труб диаметром 150-200 мм.

Регулируют температуру в зоне подогрева степенью открытия шиберов распределительных дымовых каналов и патрубков рециркуляционной системы зоны; в зоне обжига – уменьшением или увеличением интенсивности сжигания топлива в горелках (с каждой стороны 12-16 работающих горелок); в зоне охлаждения – степенью открытия шибера патрубка концевого вентилятора.

Рис. 1.7 – Садка труб на вагонетку туннельной печи

Время пребывания труб по зонам подогрева 18-20, обжига 5-7, охлаждения 24-26 ч. Продолжительность обжига труб в печах длиной 109 и 117 м от 30 до 60 ч и более, в зависимости от диаметра и типа печи. Расход топлива 140-460 кг/т труб. Съем труб с обжигательного канала 2800-4170 кг/м³ в месяц, расход тепла на обжиг труб от 3, 99 до 4, 62 МДж на 1 кг изделий. Общий расход условного топлива в производстве труб составляет 240-575 кг на 1 т труб.

Для выравнивания температуры и снижения температурного перепада до 40-50°С, особенно в зоне подготовки, применяют высокотемпературные рециркуляционные вентиляторы, устанавливаемые с боков и у свода печи, а также подачу теплоносителя из зоны обжига.

После обжига трубы сортируют и направляют на склад готовой продукции. Выход изделий I сорта составляет 60-70%, брак при обжиге – 6-8% [7].