Проектирование керамического завода
Керамические изделия прочно вошли в обиход человека начиная с древних времен. С тех пор как человечество обнаружило уникальные свойства глины – способность при застывании сохранять форму, которую ей придали, ее начали использовать повсеместно. Глину использовали как в гончарном деле, так и в строительстве.
С глиной также связаны и различные легенды древних народов. Например, легенда о происхождении человека из глины. Одним из монументальных сооружений древности из глины считается терракотовая армия императора династии Цинь в Китае, датируемая 210 г. до н.э. и состоящая из 8100 статуй китайских воинов и их лошадей в натуральную величину. Даже строительство Великой Китайской стены не обошлось без применения керамических изделий.
Как можно заметить, керамические изделия не утратили свою популярность и в наши дни. В строительстве используют керамический кирпич, плитку, изделия из санфаянса. В повседневной жизни используется керамическая посуда, предметы интерьера из керамики и многое другое.
Проектирование керамического завода – актуальный запрос для рынка проектных услуг. Керамические изделия прочно вошли в нашу жизнь и еще долго будут популярны. Проектирование керамического завода представляет собой проектирование производственных площадок, занимающихся выпуском продукции из керамики, различной формы, назначения и свойств.
Про своему назначению керамические изделия бывают декоративными, бытовыми, техническими и строительными в зависимости от их эксплуатационных свойств.
Керамические изделия, используемые в строительстве делятся на:
- стеновые (облицовка стен снаружи и внутри)
- санитарно-технические (сантехнические изделия, трубы)
- кровельные (черепица)
- добавки для бетонных смесей
- специальная керамика.
По своей структуре изделия из керамики бывают:
- пористые – с водопоглощением более 5% - кирпич, керамические камни, фаянс, черепица
- плотные – водопоглощение менее 5% - керамогранит, санфаянс, плитка, клинкер, фарфор.
По строению керамические изделия, выпускаемые на проектируемых керамических заводах подразделяют на:
- грубая керамика, шероховатая поверхность, неоднородное строение (кирпич, черепица, огнеупоры)
- тонкая керамика, имеющая однородное мелкопористое строение (фарфор, фаянс, майолика).
По способу формовки керамические изделия подразделяют на прессованные, литые, экструдированные, штампованные и прочие.
Проектирование керамического завода может представлять собой как проектирование керамического завода по изготовлению одного вида продукции, так и нескольких различных по составу.
Основным сырьем для производства в проекте керамического завода является глина различного состава и химических свойств.
В зависимости от желаемых свойств продукции, производимой из глины, в формовочный состав можно добавлять различные добавки:
- каолинит для придания керамическим изделиям светлой окраски;
- монтмориллонит для получения микропористой текстуры керамического изделия;
- галлуазит для получения меньшей усадки изделий.
Также по химическому составу глиняное сырье можно разделить на мономинеральное и полиминеральное (состоящее из нескольких видов минералов).
Присутствие в глиняном составе оксидов щелочных металлов понижает температуру обжига и придает керамическим изделиям большую прочность.
При проектировании керамического завода проектировщикам очень важно учитывать качественные характеристики основного сырья для производства керамических изделий. Такими характеристиками являются:
1. Пластичность – способность принимать определенную форму.
2. Набухание – способность увеличиваться в объеме под воздействием воды.
3. Связующая способность – способность объединять в себе материалы различного качества и консистенции и образовывать при этом изделия высокой прочности с сохранением заданной формы.
4. Спекаемость – способность к затвердеванию при обжиге.
5. Огнеупорность – способность удерживать форму и твердость при воздействии высоких температур.
Используемые в проектах кирпичных заводов добавки необходимо подготавливать к применению. Процесс подготовки керамических добавок на проектируемом заводе состоит из их измельчения и просеивания. Для обеспечения этих процессов в проекте керамического завода используют дробилки – щековые, валковые, молотовые, мельницы, грохоты. Для просеивания полученного материала в проекте завода используют сита с различной крупностью отверстий.
Как было сказано выше, глина в естественном состоянии не совсем пригодна для производства керамических изделий на заводе. Для приведения ее к нужным характеристикам глиняную смесь дробят, очищают, добавляют различные присадки на технологической линии проектируемого завода. Таким образом на заводе и получается формовочная смесь.
При проектировании керамического завода очень важно учесть наличие в проекте технологических операций по подготовке формовочной смеси. В проекте керамического завода должны быть предусмотрены дробилки, сита, смесители, резервуары для готовой смеси, транспортировочные линии для движения готовой среды.
Для дробления глины в проекте керамического завода используют стугачи, камневыделительные или дезинтеграторные вальцы. Принцип действия вальцов следующий: глиняный материал поступает в быстроходный валок, который посредством вращения и ударов смеси о свои ребра производит дробление состава и отбрасывание его в тихоходный валок, а затем в многоотводной лоток поступает раздробленная смесь.
Перемешивание глины с добавками на проектируемом заводе происходит в одновальных, двувальных смесителях с миксером. Миксер в проекте может быть оснащен трубопроводом пара или трубопроводом подачи воды.
В зависимости от способа формовки на заводе бывают прессованные, экструдированные, литые, штампованные керамические изделия. В зависимости от продукции, выпускаемой на проектируемом керамическом заводе проектировщиками должно предусматриваться оборудование для формовки.
Прессование бывает сухим (влажность формовочной смеси 2-6%) и полусухим (влажность формовочной смеси 8-12%). Изделия полусухого прессования отличаются более точными размерами, правильной формой, гладкой и ровной поверхностью. Для процесса прессования в проекте керамического завода должны присутствовать прессы – коленорычажные, гидравлические.
Изготовление керамических изделий на проектируемом заводе при помощи способа литья происходит таким образом: изготавливают максимально жидкую формовочную смесь и заливают ее в заранее подготовленные формы, затем высушивают и обжигают. При проектировании керамического завода с литьевым способом формовки в проекте следует предусмотреть подачу воды в производственную зону, смесительные установки, насосы для передаваемой формовочной смеси, непосредственно сами литые формы, сушилки и печи.
Экструдирование считается в наши дни наиболее простым способом получения керамических изделий на проектируемом заводе. Данный процесс заключается в выдавливании формовочной смеси через специальные экструдеры, придающие массе определенную форму с последующей нарезкой ее по длине. Следует оговорить заранее, что для достижения нужной формы формовочная масса должна обладать определенными физико-химическими свойствами, иначе она просто растечется и не будет держать форму. При применении в проекте керамического завода способа экструдирования, проектировщики должны предусматривать экструдеры для выдавливания формовочной смеси, конвейерные ленты, для дальнейшего перемещения этой смеси, специальное оборудование для резки полученной формы на изделия.
Для проведения технологического процесса сушки на проектируемом керамическом заводе в проекте предусматривают туннельные или камерные сушилки.
Туннельные сушилки представляют собой канал с движущимися по нему керамическими изделиями, подвергающимися воздействую нагнетаемого воздуха. Размещение такого оборудования в проекте предполагает большие габариты проектируемого здания керамического завода в длину.
В проекте керамического завода следует предусматривать, что камерные сушилки состоят из воздухонагревателя, питателя, сушильной камеры, циклонного сепаратора и вентилятора. Проектировщики должны предусмотреть достаточное количества места для размещения данного оборудования на заводе и обеспечить в проекте последовательность технологических операций.
По продолжительности обжиг на проектируемом заводе может длиться до 60 часов. Для проведения данной технологической операции в проекте керамического завода закладывается мощное оборудование, именно поэтому затраты на обжиг составляют 40% от суммы всех затрат.
При проведении обжига используются специальные печи, температура в которых может достигать от 900 до 1800 градусов.
Печи обжига бывают различных конструкций: туннельные, кольцевые, щелевые и др. В нашей стране преобладают туннельные печи. Печь представляет собой канал, по которому транспортируется обжигаемый материал. Длина туннеля в зависимости от рода обжигаемых изделий составляет 60-150 м, поперечное сечение в свету – 3,5-5,5 м2.
Процесс обжига керамических изделий на заводе состоит из следующих этапов:
1. Прогрев сырца.
2. Обжиг.
3. Регулированное охлаждение.
Эти три процесса могут осуществляться в одной печи завода, которая имеет три зоны: подогрева, обжига и охлаждения.
На первом этапе (до 200°С) происходит досушивание и полное обезвоживание сырца. При подъеме температуры более 200°С происходит сгорание органики. При t =450-700°С глинистые минералы выделяют химически связанную воду, и глина теряет пластичность. Этот процесс сопровождается воздушной усадкой. При t =700-1000°С происходит разложение глинистых минералов, образуется жидкая фаза – стекло. При дальнейшем нагревании интенсивно развиваются процессы спекания. Глиняная масса уплотняется, отдельные зерна сливаются в монолит. В результате образуется черепок, который имеет определенную прочность и водостойкость. Дальнейшее повышение температуры приводит к пережогу и деформации изделий. После обжига изделия на заводе охлаждают, укладывают на поддон и отправляют потребителю.
В зависимости от свойств сырья и требований, предъявляемых к готовой продукции, применяются конкретные технологические решения при подготовке исходного сырья, переработке шихты, формованию изделий, сушке и обжигу изделий.
Помимо технологических линий в проекте керамического завода должны быть учтены вспомогательные и обслуживающие цеха. Например, административно-бытовой корпус, склады, ремонтные мастерские и пр.
Для приема и хранения сырья в проекте кирпичного завода необходимо предусматривать открытые и закрытые склады, расположенные в порядке производства технологического процесса.
В проекте керамического завода должно быть предусмотрены следующие вспомогательные цеха:
1. Отделение приема сырья завода. В проекте данного отделения керамического завода располагают глинорыхлители, склады хранения добавок с дозирующими устройствам. Отделение приема сырья в проекте завода может быть, как отдельно стоящим зданием, так и встроенным в производственный цех.
2. Отделение приготовления добавок завода. Предназначено для дробления и просеивания поступающих на проектируемый завод добавок и доведение их до необходимой в проекте завода консистенции. Движение материалов в данном отделении происходит при помощи заложенных в проекте керамического завода конвейеров – ленточных, с погружными скребками.
3. Отделение подготовки сырья на заводе. В проекте завода это отделение предусматривается для приготовления формовочной массы. Операции, производимые в данном отделении – измельчение сырья, сушка, смешивание с другими компонентами.
4. Отделение упаковки готовой продукции завода. В проекте завода это отделение осуществляет функции запаса готовой продукции, ее упаковки, хранения для дальнейшей транспортировки. Отделение упаковки оснащается автоматами-пакетировщиками, подвесными кранами, самоходными тележками.
5. Отделение ремонта. В проекте данного отделения завода предусматриваются механизмы для подъема, перемещения и транспортировки сломанного оборудования, станки для ремонта.
Конструктивные решения в проекте керамических заводов следует принимать из плоскостных стоечно-балочных систем, монтируемых из сборных железобетонных элементов, изготовленных в заводских условиях.
Ограждающие конструкции в проекте керамического завода должны обеспечивать заданные в проекте характеристики устойчивости и прочности здания, его микроклимата, освещенности, экологическим и экономическим аспектам. Оконные проемы должны обеспечивать нормативную величину коэффициента естественного освещения для данного типа здания.
При проектировании генерального плана керамического завода следует учитывать принципы зонирования производственных площадок. Размещение административно-бытовых корпусов на территории проектируемого керамического завода преследует цель: сократить нерациональные затраты времени трудящихся на перемещения между помещениями обслуживания и рабочими местами. Административно-бытовые помещения, как правило, следует располагать с наветренной стороны по отношению к производственным, с выходом на городскую магистраль.
Объекты, являющиеся источником загрязнения атмосферного воздуха на заводе, должны размещаться с подветренной стороны по отношению к жилой застройке и другим, более «чистым» промышленным объектам.
Проектирование керамического завода проектными организациями позволяет избежать внеплановых затрат при строительстве данного типа производственных объектов. При грамотном планировании будущего проекта заказчик получит только очевидные плюсы – экономия материальных ресурсов, за счет снижения непредвиденных затрат, строительство в кратчайшие сроки, благодаря составленному четкому плану действий в проекте, понимание движения денежных средств на реализацию этапов проекта и т.д.