в год.
Выполнил: ст. гр. ДС 08-21
Лапошниченко Д.А.
Красноярск, 2012 г.
Введение
Краткие исторические сведения о развитии производства.
Патентных и других достоверных данных о изобретателях минеральной ваты нет. Но в технической литературе встречаются любопытные сведения о фактах, якобы, послуживших отправным началом для изобретения минерального волокна и зарождением его промышленного производства. Неслучайно эти факты относятся к середине XIX в. В тот исторический период происходило быстрое развитие отраслей техники, связанных с сжиганием топлива и использованием тепла. В этих условиях и возникла необходимость изыскания новых в то время материалов для защиты промышленного оборудования от потерь тепла.
Одно из объяснений изобретения минеральной (шлаковой) ваты относится к устройству и работе доменных печей в Уэльсе (Англия), где было замечено, что воздушное дутье из-за неплотностей в кладке таких печей выдувает наружу частички жидкого шлака, которые, вытягиваясь и застывая, образуют волокна. Поэтому родиной шлаковой ваты считают Уэльс, где впервые в 1840 г. она была получена, а в 1864 г. организовано ее промышленное производство. В 1870 г. шлаковую вату начали изготовлять в Германии.
Первоначально шлаковую вату получали из огненно-жидких доменных шлаков, раздувая их сжатым воздухом или паром и лишь позднее стали использовать охлажденные доменные шлаки путем вторичного расплавления их с кислыми или основными добавками в вагранках.
Американская версия возникновения производства минеральной ваты связана с древней легендой, существовавшей у полинезийцев о том, что тонкие нити вулканического стекла - обсидиана, раздуваемые ветром из жидкой лавы, представляют собой волосы богини огня Пеле. Из геологии известно, что появление «волос Пеле» наблюдается при извержении и других вулканов, например Толбачинской сопки на Камчатке.
В 1850г американские инженеры собрали на Гавайских островах такие волокна, исследовали их состав и свойства, а затем воспроизвели их искусственным путем, воздействую паром на струю расплава соответствующих горных пород. Однако промышленное производство минеральной ваты в США началось лишь в конце XIX века, когда в штате Индиана (1870 г.) стали вырабатывать вату из горных пород, получая расплав в вагранках и раздувая его паром.
В России шлаковая вата впервые была получена в 1901 г. на Белорецком металлургическом заводе (Урал) при воздействии паровой струи на шлак, вытекавший непосредственно из летки доменной печи.
Но промышленное производство шлаковой ваты в нашей стране началось в годы первой пятилетки (1928 - 1932), когда на Урале были основаны Билимбаевская и Саткинская шлаковатные фабрики. Однако общая выработка шлаковой ваты к 1941 г. составляла всего лишь около 30 тыс. м3 г год. После великой отечественной войны производство минеральной ваты стало развиваться быстрыми темпами и превратилось в самостоятельную отрасль промышленности строительных материалов.
В первый период развития минераловатного производства оно было сосредоточено в основном на Украине, Урале и в Подмосковье, что вызывало дальние перевозки минеральной ваты к местам потребления. В настоящее время вырабатывают минеральную вату почти во всех районах страны, включая Дальний Восток и Крайний Север. Примерно половина производимой минеральной ваты перерабатывается в изделия.
I. Номенклатура выпускаемой продукции
Минераловатные полужесткие плиты изготовляют с синтетическим, битумным и крахмальном связующим. Изделия (плиты, цилиндры, сегменты, маты) с синтетическим связующим имеют меньшую плотность, более прочны и привлекательны на вид по сравнению с изделиями на битумном связующем.
Плотность плит - 35 - 250 кг/м3, теплопроводность - 0,041 - 0,07 Вт/(м0С). Основные показатели технологического уровня качества приведено в табл. 1.
Основные показатели технологического уровня качества и эксплуатационных свойств минераловатных изделий в России и за рубежом
Таблица 1
Вид продукцииНаименование показателей, единица измеренияЗначения показателейРоссииФирма «Porok»Фирма RockwohlМинераловатные плиты на синтетическом связующемПлотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(м0С) при 25+5 0С Сжимаемость, % Прочность при сжатии для плит Д175, Д200, МПа Содержание связующего, %, для Д75 Д125 Д175 Д20050-200 0,047-0,056 0,4-1,0 3,0 3,0-4,0 5,0-7,0 7,0-8,065-175 0,045-0,054 0,6-1,0 0,4-1,1 - 2,5 5,1 -50-150 0,044 0,4-1,2 - 2,7 - -
В зависимости от плотности плиты подразделяются на марки: 50, 75, 125, 175, 200, 300.
Основные свойства полужестких плит приведены в табл. 2
Таблица 2
материалпрочность, МПаСжимаемость, %Содержание связующегоТеплопроводность, Вт/оСм при температурепредельная температура примененияпри сжатиипри растяжении 25 125Плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем, ГОСТ 9573-82 (СТСЭВ 1566-79), марки: 50, 75 125, 175 200, 300 - - 0,04…0,12 0,008 - - - 6…15 - 3 4…5 7…8 0,047 0,049…6,053 0,056…6,06 0,077 0,07…6,072 - 400 400 100
Полужесткие плиты применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций и поверхностей оборудования, доходящую до температуры до 300 0С - если в процессе изготовления плит применялись синтетические связующие; и до 60 0С - на битумном связующем.
II. Выбор способа и технологической схемы производства
В настоящее время известно несколько разновидностей способов переработки силикатных расплавов в волокно. По принципу воздействия энергоносителя на струю расплава, истекающего из плавильного агрегата, их можно разделить на три основных способа: дутьевой, центробежный и комбинированный.
Дутьевой способ основан на воздействии энергоносителя (пара, горячих газов), движущегося с большой скоростью (400…800 м/с), на струю (струи) расплава. Энергоноситель расщепляет струю расплава и вытягивает образовавшиеся элементы в волокна.
По направления струи энергоносителя дутьевой способ подразделяют на горизонтальный и вертикальный. При горизонтальном способе струя энергоносителя направлена на струю расплава под углом 15…20о к горизонту, а при вертикальном - под углом 10…11о к вертикали, с двух сторон струи расплава.
Дутьевой способ основан на термодинамических закономерностях процесса истечения водяного пара и газов из сопл, когда их кинетическая энергия увеличивается за счет уменьшения потенциальной или тепловой энергии.
По принципу воздействия на струю расплава дутьевые головки можно разделить на два типа - ударного и инжекционного действия.
Необходимо отметить, что горизонтальный дутьевой способ не обеспечивает получения высококачественной минеральной ваты, так как при его применении образуется много корольков, а волокна имеют большой разброс по диаметру. Это объясняется двумя основными причинами: в - первых, раздувается одна довольно толстая (7…10мм) струя расплава; во-вторых, под действием гравитации часть элементов струи расплава попадает в периферийную зону струи энергоносителя, где скорость его движения меньше и энергии на вытягивание волокна из элементов струи не хватает. В настоящее время этот способ в чистом виде не применяют.
При вертикальном раздуве с помощью фильер расплав разделяют на более тонкие струи (не более 3 мм), что существенно облегчает процесс волокнообразования. Этот способ широко применяют на практике.
Центробежный способ основан на использовании центробежной силы вращающихся элементов центрифуг, на которые подается расплав. При производстве минеральной ваты используют центробежные установки различных конструкций, отличающиеся между собой количеством вращающихся органов, их формой и расположением в пространстве. Центробежные установки могут быть одноступенчатыми, когда расплав обрабатывается на одной центрифуге, и многоступенчатыми, если переработку расплава в волокно осуществляют последовательно на нескольких центрифугах.
Наибольшее распространение в мировой практике получил центробежно-валковый способ. В этом случае рабочим органом являются последовательно расположенные валки, вращающиеся вокруг горизонтальных осей. Рабочей частью валков является боковая поверхность. Расплав с температурой около 1400о С стекает через лоток на верхний распределительный валов, попадая в строго определенную точку его поверхности, проходящей через ось валка. Затем расплав последовательно обрабатывается всеми валками, окружая скорость которых увеличивается по мере удаления волокон от места поступления расплава. Повышений окружной скорости осуществляют увеличением диаметра валков.
Нормальная работа отечественных многовалковых центрифуг обеспечивается при подаче расплава с температурой 1360…1380оС в количестве 1700…3500 кг/ч. Промышленные центрифуги имеют следующие параметры: частота вращения - 3000…6000 мин-1, диаметры волков - 150…380 мм, окружные скорости - 24…120 м/с.
Комбинированные способы основаны на использовании, как центробежной силы, так и кинетической энергии пере или газа. В промышленности наиболее широкое применение получили центробежно-дутьевой и центробежно-фильерно-дутьевой способы.
Центробежно-дутьевой способ (ЦДС) предусматривает превращение струи расплава в пленку и струйки с помощью вращающейся чаши и последующее вытягивание струек в волокна воздействием энергоносителя. Расплав из вагранки по лотку стекает на внутреннюю часть боковой стенки раздаточной чаши, вращающейся с частотой вращения 1000…1200 мин-1, распределяется по ее периметру и срывается с кромок энергоносителя и под совместным воздействием центробежной и аэродинамической сил из струек, пленок и капель образуются волокна. Энергоноситель (пер, горячие газы) с большой скоростью истекает из отверстий диаметром 2…4 мм, расположенных на дутьевом кольце, на расстоянии 15…20 мм друг от друга. Дутьевое кольцо устанавливается вокруг распределительной чаши в непосредственной близости от ее кромок на расстоянии 5…15 мм.
Центрифуги такой конструкции работают устойчиво при следующих параметрах: температура расплава - 1300…1350оС, количество расплава - 1500…2500 кг/ч, давление энергоносителя в дутьевом кольце - 0,4…0,8МПа.
Центробежно-фильерно-дутьевой способ (ЦФД) основан на диспергировании струи расплава в тонкие струйки, на которые затем воздействует энергоноситель.
Этот способ позволяет получать практически безкорольковую вату с диаметром волокон до 1…2 мкм. Однако производительность установки не превышает 250 кг/ч. ЦФД применяют главным образом для получения штапельного стеклянного волокна.
В табл. 3 приведены основные техника-экономические показатели наиболее распространенных способов получения минеральной ваты.
Таблица 3
ПоказательФильерно-дутьевой (вертикальный)Центорбежно-дутьевойЦентробежно-валковыйСредняя плотность ваты, кг/м37510075…85Диаметр волокна (средний), мкм6,06,86,5Содержание корольков, %2,217…1914Затраты на получение 1 т волокна % · энергоноситель- пар, кг · электроэнергия, кВт ч · производительность (по расплаву), кг/ч 4000 - 500 1200…16000 2…4 1500…2500 - 13…23 2000…3500Для производства минераловатных полужестких плит я выбрала наиболее распространенный центрабежно-дутьевой способ, так этот способ является более экономичным в затратах на получение волокна по сравнению с другими способами. Недостатком данного способа является достаточно большое содержание корольков в вате, т. е. качество ваты сравнительно ниже, чем при производстве другими способами.
III. Режим работы цеха и производительность
Технологическая линия производства минераловатных матов представляет собой непрерывную конвейерную линию от камеры волокноосаждения до станков для разделки ковра.
Производительность цеха 90 тыс. м3 в год.
Цех работает 5 дней в неделю в 3 смены: 1 и 2 смена по 8 часов, 3-я смена 7 часов (в сутки 23 часа)
Количество рабочих суток в году 365 (для вагранки)
Определим номинальный годовой фонд рабочего времени:
Фн= Дн* Ссм*Тсм
Дн=365 д.; Ссм= 3 смены; Тсм=115 ч.в неделю
Фн=365*3*115=125925(ч)
Годовой фонд чистого рабочего времени:
Фч=Фн* Кт.н.*Ксм
Кт.н.- коэффициент технического использования оборудования = 0,95.
Ксм=0,9
Фч = 125925*0,95*0,9 = 107666 (ч)
минераловатный полужесткий плита
IV. Сырьё и полуфабрикаты
Сырьевые материалы для производства достаточно разнообразны и имеются в стране в большом количестве. Для изготовления минеральной ваты применяют промышленные отходы, попутные продукты производства, горные породы.
Горные породы являются хорошим сырьевым материалом и их широко используют в производстве минваты. Из шихты, содержащей в своем составе горные породы без примесей карбонатов кальция и магния, возможно получение расплавов с наименьшей затратой теплоты при высокой производительности вагранок.
Отходы керамического и силикатного производства в ряде случаев входят в состав шихты для изготовления минеральной ваты.
Мне было предложено использовать для расчета сырьевой шихты, в данном курсовом проекте, в качестве сырьевых материалов доменный шлак и базальт (химический состав приведен далее).
V. Расчет минераловатных изделий
При производстве минераловатных изделий расчет в двухкомпонентной шихте определяется уравнением: x+y=1, где x- доменный шлак, y - базальт.
Химический состав сырья.
Таблица 4
Вид сырьясодержание окислов, % от массыSiO2Al2O3CaOMgOдоменный шлак33,467,3326,38,4базальт51,1513,79,146,06
Модуль кислотности минеральной ваты 1,5
(SiO2+ Al2O3)x+ (SiO2+ Al2O3)y
(CaO+ MgO)x+ (CaO+ MgO)y
(33,46 + 7,33)х+ (51,15 +13,7)у
(26,3 + 8,4)х + (9,14 + 6,06)у
40,79 х + 64,85у / 34,7 х + 15,2у =1,5
У = 0,211; Х=0,789
В итоге получаем содержание в шихте 79 % доменного шлака и 21% базальт.
П=90 тыс. м3/год
П=125х90 000 = 11250 т/год
П=90 000 / 0,75=120 000 шт/год
Марка изделий 125
Размер изделий 500х150х10, см; V= 0,75 м3 - 1 плита.
Таблица 5
Расход сырьевых материалов
сырьёЕд. Измв часв сменув суткив год1доменный шлакт0,2966,8220,457465,52базальтт0,0791,815,441984,53синтетические смолыт0,0711,644,931800
VI. Расчет складов сырья и готовой продукции
1.Склад сырья
V=Qсут*Tхр*Ктр*Краз
где Qсут- суточный расход материалов, м3 (из табл.6 Qсут дом.шлак= 20,45 т/сут=7,76 м3/сут; Qсут базальта=5,44 т/сут=2,02 м3/сут); Тхр- нормативный запас хранения (5 суток); Краз- коэффициент разрыхления для сыпучих материалов ( = 32); Ктр- коэффициент потери при транспортировании (= 1,02)
Vд.ш.= 7,78*5*1,02*32=1269 м3
Vб.=2,02*5*1,02*32=329 м3
2.Склад готовой продукции
Площадь, м2
S=(Qсут*Тхр/Vхр)* К1*К2
Где Qсут- количество изделий, выпускаемых в сутки (330 шт/сут); Тхр- продолжительность их хранения; Vхр-объем хранящейся продукции; К1-коэффициент увеличения площади на проходы; К2 - коэффициент увеличения площади по причине крена.
S=( 330*5/9,8)*1,5*1,5=379 м2
VII. Описание общей технологической схемы
Технологическая линия производства полужестких плит представляет собой непрерывную конвейерную линию от камеры волокноосаждения до станков для разделки ковра. Минеральную вату получают расплавлением шихты в вагранке и с переработкой расплава в волокна центробежно-дутьевым способом. Волокна ваты, образовавшиеся на волках центрифуги, вдуваются в камеру осаждения воздухом, просасываемым через центрифугу, и затем дымососом отбрасывается на конвейер камеры волокноосаждения. Поскольку в камере помимо непосредственного процесса осаждения образовавшихся волокон на конвейере происходит обработка их различными веществами (в данном случае синтетической смолой), то это требует создания в камере определённого температурно-влажностного режима, препятствующего загоранию, преждевременной поликонденсации или полимеризации смол. Необходим также и определенный аэродинамический режим в камере, обеспечивающий получение минераловатного ковра равномерной по ширине конвейера структуры, плотности, толщины. Температурный и аэродинамический режимы в камере обеспечивают правильным подбором мощности отсасывающего вентилятора, а также расчетом объема воды, распыляемой в камере для понижения температуры.
Полужесткие минераловатные плиты изготовляют из ваты с минимальным содержанием корольков.
Из камеры волокноосаждения минераловатный ковер с влажностью 6 - 8 % и с температурой 30 - 49 0С с промежуточным конвейером передается в камеру термообработки, где он попадает между двумя конвейерами из перфорированных пластин: нижним - подающим и верхним - уплотняющим.
Для уменьшения усилий воздействия минераловатного ковра на перфорированные пластины конвейера (что приводит к их деформации и вследствие этого к неравномерной толщине и плотности минераловатных плит) на многих заводах перед камерой термообработки либо в самой камере до конвейеров установлены уплотняющие валки. В целях создания оптимальных аэродинамического и температурного режимов в камере термообработки на различных заводах камеры разглаживают вертикальными перегородками, создавая в них несколько зон (от 2 до 5) и обеспечивая этим многократное просасывание теплоносителя через минераловатный ковер, пока он проходит через камеру.
Теплоносителем служат дымовые газы, получаемые сжиганием топлива в специальных топках, откуда газы, смешанные с воздухом, подаются вентилятором в верхнюю часть зоны отверждения. Затем газы просасываются через высушенный минераловатный ковер, направляются промежуточным вентилятором в нижнюю часть зоны сушки, где они просасываются снизу вверх через влажный ковер, и из верхней части зоны сушки выбрасываются вентилятором в атмосферу. Температура дымовых газов в зоне отверждения 180 - 200 0С, в зоне сушки 120 - 130 0С и в выхлопной трубе 105 - 110 0С. Давление газов в верхней части зоны отверждения не должно превышать 70 Па (7 мм вод.ст.), что предусмотрено условиями охраны труда для работающих в цехе (возможно выбивание газов в цех).
Из камеры термообработки ковер с температурой 140 - 160 0С поступает через рольганг подпрессовщика на конвейер камеры охлаждения, где через него вентилятором просасывается атмосферный воздух, охлаждающий ковер до 20 - 40 0С. Затем ковер поступает на продольную и поперечную резку ножами, после чего плиты укладывают стопами на щиты и вывозят на склад готовой продукции, где их упаковывают в водонепроницаемую бумагу и жесткую тару.
VIII. Ведомость оборудования
№ п/пнаименование и краткая характеристика оборудованияЕдиница измеренияКоличествоПримечания1Вагранка СМ-5232М производительность 1000-3500 средняя площадь зоны плавления 1,275 внутренний диаметр шахты на высоте 3 м=1250 расход воды на охлаждение 7-12 кг/ч м2 мм м3/ч 12Камера волокноосаждения СМТ-093 Производительность при скорости транспортера 0,6-15 м / мин 2500 ширина ковра 2100 длина 18850 ширина 10100 высота 5430 масса 29000 кг/ч мм мм мм мм кг 13Молотковая дробилка СМ - 19 А Производительность 35-55 Диаметр ротора, 1000 Длина ротора, 800 Частота вращения ротора, 1000 Мощность электродвигателя 125 Масса дробилки (без электрооборудования) 5,5т/ч мм мм мин-1 кВт т 4 Промежуточный транспортер СМТ-095 Цепной тип Максимальная ширина ковра 2150 Скорость до 15 Габаритные размеры: длина 3750 ширина 3080 высота 2500 масса 1100 максимальный угол поворота 50 мм м/мин мм мм мм кг град15Камера полимеризации СМТ-128 Произволительность 1200-2500 размеры ковра: ширина 2100 толщина 30-100 Расчетное усилие прессования 60 Кол-во тепловых зон 3 Рабочая длина зоны термообработки 18 длина 24650 ширина 5800 высота 5350 Масса 80000кг/ч мм мм кгс/см2 ед. м мм мм мм кг16Теплотехническое оборудование СМТ-129 Производительность 50000-60000 Температура теплоносителя 180-250 Разрешение в камере сгорания 100 Установленная мощность 79 Масса 7,3 м3/ч оС кгс/м2 кВт т7Станок для разделки ковра СМТ- 098 Производительность до 900 Толщина разрезаемого ковра 20-100 плотность 125 Тип ножа продольной резки дисковой, Размер полос 1000;500 длина плит 1000;500 максимкльное кол-во резов в мин. 30 ход 220 Мощность 33,6 Длина 5733 ширина 4518 высота 1982ъ Масса 6000 м/ч мм кг/м3 мм рез кВт мм мм мм кг1
Контроль технологического процесса и качества готовой продукции
№ п/пКонтролируемые параметрыПериодичность контроляМетодика контроляМесто взятия пробы или установки контрольного прибора1Внешний вид изделиялинейка металлическая ГОСТ 427 Штангенциркуль ГОСТ 166Визуальный осмотр изделий и линейные измерения замеченных дефектов Предел допускаемой погрешности; линейкой 0,5 мм, штангенциркулем 0,1 ммУ волокнистых изделий осматривают поверхность и устанавливают число дефектов (дыры, разрывы, проколы, трещины и пр.), измеряют линейкой. У вертикально-слоистых матов измеряют линейкой ширину зазора м/у полосами посередине изделия по направлению его длины ч/з 5 полос при l=2,5 м, ч/з 10- свыше 2,5 м.2Правильность геометрической формылинейки металлические 150;500;1000 (мм) ГОСТ 427 Рулетка измерительная (1мм) ГОСТ 750 2 Угольник поверочный H=160 мм ГОСТ 3749 Штангенциркуль ГОСТ 166 Метр.Измерение показателей геометрической формы приборамиОтклонение от перпендикулярности смежных граней проверяют в 4х местах: посередине боковых граней и торцевых, в цилиндре, полуцилиндре и сегменте. Определение разности длин диагоналей. Отклонение от прямолинейности проверяют путем приложения к ребру изделия линейки и измеряют расстояния м/у ними и др. линейкой. Определение разнотолщинности. Как разность м/у наибольшим и наименьшим значением толщины.3Технические требованияРасстояние м/у кромкой и крайним швом, не более 100, расстояние м/у швами, не более 120; шаг шва от 70 до 170 (мм)4Физико-механические показателинаименование показателязначения для матов 75 100 125плотность, кг/м3до 85св 85-110110-135теплопроводность, Вт/(м*к), не более, при температуре: (298 5)К (398 5)К (573 5)К Сжимаемость, %, не более Упругость,%, не менее Разрывная нагрузка, Н, не менее; Влажность, % по массе, не более Содержание органических веществ, % по массе, не более 0,046 - - 55 70 80 2 2 0,044 0,065 0,150 40 75 100 2 2 0,044 0,064 0,130 30 80 120 2 25Требования к сырью и материаламДля изготовления матов должна применятся минераловатная вата с обеспыливающими добавками по ГОСТ 4640. В качестве обкладочных и прошивочных материалов примепяют материалы, перечень которых приведен в в приложениях Б и В.6упаковка и маркировкаГост 25880. Для защиты от увлажнения, поверхность ящиков и обрешеток должна быть выстлана водонепроницаемым материалом. Упакованные рулоны поставляют в виде транспортных пакетов, габариты которых должны соответствовать ГОСТ 24597.
IX. Охрана окружающей среды
При производстве минеральной ваты создается вредное воздействие на человека и окружающую среду.
.Выделение отходящих газов в вагранке. Вагранка должна быть в верхней части обустроена пылеочистительными устройствами. Загрузка ваты должна быть автоматизирована, чтобы избежать выход газов через загрузочное колошниковое отверстие.
2.Пыль при транспортмровке сырья и топлива. Бункера, транспортеры подачи сырья подключаются к асперационным системам.
3.Брызги расплава при выходе струи из летки вагранки. При разгрузке вагранки пол под ней должен быть сухим и посыпан песком.