Tổng quan về sản phẩm, nguyên liệu sản xuất Sơ đồ công nghệ dây chuyền Thuyết minh các giai đoạn chính trong sơ đồ Tính toán đơn phối liệu Tính toán cân bằng vật chất Tính toán lựa chọn thiết bị
Trang 1LỜI MỞ ĐẦU
Ng øn vật l ệu xây d ïn của n ớc a đ õ có ừ rất lâu đ øi Tro g côn n hiệp hiện đ ïi cũn n ư h û côn và đ øi sốn , a h ờn d øn đến vật l ệu xây d ïn Vật l ệu xây d ïn đ ợc sử
d ïn rộn rãi tro g mọi l n vực đ øi sốn n ư: xây d ïn , tra g rí vật d ïn sin h ạt đ ëc biệt với xã h äi càn p át triển hì n u cầu iêu d øn vật l ệu xây d ïn n ày càn n iều Hòa
n ập với nền kin ế n ớc a, n àn côn n hiệp vật l ệu xây d ïn ro g n ữn n êm g àn đ ây đ õ có n ữn b ớc ch y ån mìn o ớn g ùp p ần vào côn cu äc xây d ïn đ át n ớc, giải q y át côn ăn việc àm ch n ư øi la đ än Cùn với sự p át triển ch n đ ù cộn với n u cầu v à sản p ẩm vật l ệu xây d ïn n ày càn ăn , ch ùn a d àn h y hế các hiết bị lâu n êm b èn các máy móc hiện đ ïi h n S n so g với việc h y đ åi n ữn hiết bị hiện đ ïi ch ùn a cần có n ữn d y
ch y àn côn n hệ hiện đ ïi n ữn p ư n p áp sản xu át mới n ằm n ân ca ch át lư ïn cũn
n ư số ư ïn sản p ẩm Chín vì vậy, đ ợc sự đ àn ý của b ä môn Vật Liệu Si icat và của Giản viên h ớn d ãn à h ày Lê Min S n, em đ õ ch ïn “ Thiết kế q y rình sản x ất g ïch x ây d ïng năng su át 4 riệu viên/ năm ” àm đề ài Đồ Án Môn Học.
Do ch a có n iều kin n hiệm h ïc ế và h øi gia h ïc hiện Đồ Án kh ân âu nên ch éc
ch én sẽ ồn ại n iều sai sót Mo g q í th ày cô và các b ïn sin viên n iệt ìn đ ùn g ùp ý kiến.
TP Hồ Chí Min , th ùn 0 /2 1
Trang 2MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG 4 1.1 Khái niệm chung về vật liệu gốm xây dựng 4 1.2 Nguyên liệu dùng trong sản xuất gốm xây dựng 4
CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA SẢN PHẨM
2.1 Tình hình phát triển và nhu cầu về sản xuất sản phẩm gốm xây dựng nói chung và gạch xây dựng nói riêng Sự cần thiết của việc xây dựng và hiện đại hóa nhà máy sản xuất
2.2 Giới thiệu chế độ làm việc và loại sản phẩm của nhà máy 10
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 11 3.1 Dây chuyền công nghệ sản xuất gạch 11
Trang 33.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 12
Trang 41.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG
Vật liệu Gốm xây dựng là vật liệu đá nhân tạo, nó được sản xuất từ nguyên liệu chính là đất sét và được tạo thành bằng cách: gia công phối liệu + tạo hình + sấy nung
Ưu điểm của vật liệu Gốm xây dựng là:
Độ bền và tuổi thọ cao
Sản phẩm có mẫu mã đa dạng và thích hợp với yêu cầu sử dụng, sản phẩm có tính thẩm mỹ cao
Có thể sử dụng nguồn nguyên liệu đất sét có ở địa phương
Công nghệ sản xuất tương đối đơn giản và giá thành hợp lí
Những hạn chế của vật liệu Gốm xây dựng là:
Giòn, dễ vỡ, tương đối nặng
Khó cơ giới hóa trong dựng ( đặc biệt là gạch ngói )
Sản phẩm Gốm xây dựng rất đa dạng về chủng loại và tính chất Để phân loại, người ta dựa theo:
Theo cấu tạo vật liệu, sản phẩm Gốm xây dựng được chia ra:
o Gốm đặc ( độ hút nước theo khối lượng < 5% ) bao gồm: loại không tráng men và loại có tráng men
o Gốm rỗng ( độ hút nước theo khối lượng > 5% ) bao gồm: loại không tráng men và loại có tráng men
Theo phương pháp sản xuất, sản phẩm Gốm xây dựng được chia ra:
o Gốm thô: thường có cấu trúc hạt lớn, sản xuất đơn giản ( ví dụ như gạch, ngói, ống nước )
o Gốm tinh: thường có cấu trúc hạt mịn, sản xuất phức tạp ( ví dụ như sứ vệ sinh, tấm lát nền )
Theo công dụng, sản phẩm Gốm xây dựng được chia ra:
o Sản phẩm cách nhiệt, chịu nhiệt
o Sản phẩm kỹ thuật – vệ sinh
o Sản phẩm xây lợp thông thường
1.2 NGUYÊN LIỆU DÙNG TRONG SẢN XUẤT GỐM XÂY DỰNG
Nguyên liệu chính để sản xuất Gốm xây dựng là đất sét Ngoài ra, tùy theo sản phẩm mà
ta có thể sử dụng thêm các loại phụ gia phù hợp
Trang 51.2.1 Đất sét:
Đất sét là một loại nguyên liệu thiên nhiên, thuộc nhóm alumôsilicat, đất sét là sản phẩm phong hóa của các khoáng đá Khi nhào trộn đất sét với nước, nó trở thành hỗn hợp dẻo có thể tạo hình các sản phẩm khác nhau; sau khi gia công nhiệt, nó chuyển sang trạng thái đá
Có thể dựa vào quá trình hình thành mà ta chia đất sét thành các loại sau:
Đất sét nguyên sinh:
Đây là loại đất được hình thành từ các loại đá gốc, sau khi hình thành thì nằm nguyên tại chỗ và hình thành các mỏ đất sét Thành phần hạt lớn, độ dẻo thấp Thành phần hóa và thành phần khoáng rất ổn định, lượng SiO2 và các hạt chưa phong hóa hết rất nhiều
Đất sét thứ sinh:
Đây là loại đất sét được phong hóa lần hai do tác nhân gió, dòng chảy kéo đi, sau đó lắng đọng lại tạo thành các mỏ đất sét Thành phần hạt mịn, độ dẻo cao Thành phần khoáng và thành phần hóa không ổn định
1.2.1.1 Thành phần khống của đất sét:
Thành phần chính của đất sét là khoáng dẻo ( là các alumôsilicat ngậm nước nAl2O3.mSiO2.pH2O ) tạo thành do fenspat bị phong hóa Tùy theo điều kiện môi trường mà fenspat tạo thành các khoáng khác nhau:
Trong môi trường axit yếu (pH=6-7) fenspat bị phong hóa tạo ra caolinit Khoáng caolinit ( Al2O3.2SiO2.2H2O ) có khả năng chịu lửa tốt, độ dẻo kém, hầu như không trương nở trong nước
6SiO2.Al2O3.K2O + 2H2O + CO2 = 2SiO2.Al2O3.2H2O + 4SiO2 + K2CO3
Trong môi trường kiềm (pH=7.3-10.3) fenspat bị phong hóa tạo ra montmorilonit Khoáng montmorilonit ( Al2O3.4SiO2.nH2O ) có độ phân tán cao, khả năng hấp phụ và trương phồng lớn, độ dẻo cao, độ co khi nung lớn
6SiO2.Al2O3.K2O + nH2O + CO2 = 4SiO2.Al2O3.nH2O + 2SiO2 + K2CO3
Khoáng illit, khoáng haloisit
Ngoài ra, trong đất sét còn có các loại tạp chất vô cơ và hữu cơ Tạp chất vô cơ hay gặp là thạch anh ( SiO2 ), cacbonat ( CaCO3, MgCO3 ), hợp chất sắt ( Fe2O3, Fe(OH)3, FeS ) Tạp chất hữu cơ hay gặp là than bùn
Trang 61.2.1.2 Thành phần hĩa của đất sét:
a Thành phần oxit silic ( SiO 2 ):
Trong đất sét, SiO2 tồn tại ở dạng liên kết ( trong các khoáng sét ) và tồn tại ở dạng tự do; Tuy nhiên, SiO2 chủ yếu là tồn tại trong các khoáng sét Tổng lượng SiO2 trong đất sét chiếm 48%-70%
SiO2 là một trong các oxit cơ bản để tạo thành khoáng sau khi nung, các khoáng này đóng vai trò bộ khung ( khoáng silimanhit, khoáng mulit ) Lượng SiO2 ảnh hưởng nhiều đến độ dẻo của đất sét, nếu SiO2 tăng thì độ dẻo của đất sét giảm và độ co giảm
b Thành phần oxit nhôm ( Al 2 O 3 ):
Trong đất sét, Al2O3 tồn tại ở dạng liên kết ( trong các khoáng sét và tạp chất mica ) Lượng oxit nhôm trong đất sét chiếm 15%-37% Oxit nhôm cũng là một trong các oxit cơ bản để tạo thành khoáng đóng vai trò khung chịu lực sau khi nung
Đất sét có hàm lượng oxit nhôm càng lớn thì đòi hỏi nhiệt độ nung càng cao nhưng lúc đó khoảng kết khối lớn đáng kể
Dựa vào hàm lượng Al2O3 trong đất sét ta chia đất sét thành các loại:
o Đất sét dễ chảy: lượng Al2O3 = 11%-22%
o Đất sét khó chảy: lượng Al2O3 = 22%-27%
o Đất sét cao lanh: lượng Al2O3 = 27%-37%
c Thành phần oxit sắt:
Oxit sắt là chất trợ dung mạnh giúp giảm nhiệt độ nung Oxit sắt có ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm sau khi nung ( từ màu kem nhạt cho tới màu đỏ thẩm tùy theo hàm lượng của chúng trong đất sét ).Hàm lượng oxit sắt trong đất sét ( tính quy đổi ra Fe2O3 ) là 1%-10%
Trong sản xuất gạch ngói, hàm lượng oxit sắt càng cao thì nhiệt độ nung càng nhỏ và
màu gạch ngói càng đẹp
d Thành phần oxit kim loại kiềm và kiềm thổ:
Đây là nững chất trợ dung mạnh, chúng có khả năng làm tăng co ngót, làm giảm nhiệt độ tạo pha nóng chảy Đa số những oxit kim loại kiềm và kiềm thổ có mặt trong tạp chất ở dạng muối hòa tan và fenspat
Khi trong nguyên liệu sét có mặt muối hòa tan sunfat, clorua của natri, canxi, manhê thì sau khi nung sẽ xuất hiện các vết đốm trắng trên bề mặt sản phẩm, làm hư hỏng hình dạng
bên ngoài và phá hủy lớp bề mặt sản phẩm
1.2.2 Nguyên liệu gầy
Nguyên liệu gầy được pha trộn vào đất sét nhằm làm giảm độ dẻo, giảm độ co khi sấy và nung Nguyên liệu gầy thường dùng là samốt, phế phẩm khi nung được nghiền nhỏ, cát, xỉ hoạt hóa, tro nhiệt điện v v
Trang 71.2.3 Phụ gia cháy và phụ gia tăng dẻo
Phụ gia cháy có tác dụng làm tăng độ rỗng của gạch và giúp cho quá trình gia công nhiệt được đồng đều hơn Ví dụ như mùn cưa, tro nhiệt điện, thải phẩm của xí nghiệp làm giàu than đá v v
Phụ gia tăng dẻo có tác dụng tăng độ dẻo cho phối liệu, gồm các loại đất sét có độ dẻo cao ( đất bentonit ) và phụ gia hoạt động bề mặt
1.2.4 Phụ gia hạ nhiệt độ nung
Phụ gia hạ nhiệt độ nung có tác dụng hạ thấp nhiệt độ kết khối, làm tăng cường độ và độ đặc của sản phẩm Phụ gia hạ nhiệt độ nung gồm hai nhóm:
Nhóm 1 : bao gồm những chất mà bản thân chúng có nhiệt độ thấp như fenspat, pecmatit, sienit v v
Nhóm 2 : gồm những chất bản thân có nhiệt độ nóng chảy cao nhưng trong quá trình nung chúng có khả năng tác dụng với thành phần phối liệu để tạo ra chất có nhiệt độ nóng chảy thấp; ví dụ như canxi, đôlômit v v
1.2.5 Men
Men là lớp thủy tinh mỏng phủ lên bề mặt sản phẩm gốm, sau khi nung thì có khả năng bám dính tốt với xương gốm Lớp men có tác dụng bảo vệ sản phẩm chống lại tác dụng của môi trường, tăng tính chống thấm, tăng tính mĩ quan v v Nguyên liệu chính của men là cát thạch anh, cao lanh, fenspat, muối của kim loại kiềm và kiềm thổ v v
1.3 TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT SÉT
1.3.1 Tính dẻo
Tính dẻo của đất sét là tính chất khi nhào trộn với nước cho một hỗn hợp có khả năng tạo
ra hình dáng dưới tác dụng của ngoại lực và giữ nguyên hình dáng đó khi ngoại lực thôi tác dụng
Bản thân đất sét có cấu tạo lớp, có khả năng trao đổi ion và hấp phụ nước Do đó khi gặp nước, đất sét bị hydrat hóa và tạo ra màng nước bao quanh hạt sét Màng nước này giúp cho các hạt sét dễ dàng trượt tương đối với nhau, tạo ra tính dẻo của đất sét
Để tăng tính dẻo của đất sét, ta có thể:
Dùng thêm đất sét dẻo cao ( đất bentonit )
Tăng cường gia công cơ học ( nghiền nhỏ, ngâm ủ, nhào trộn v v )
Dùng phụ gia tăng dẻo (nước có mật đường, thải phẩm công nghiệp giấy)
Muốn giảm độ độ dẻo có thể cho thêm các chất trơ như samốt, bột đá, mùn cưa, bột than v v
Trang 81.3.2 Độ co dưới tác dụng nhiệt
Độ co là độ giảm kích thước và thể tích của đất sét khi sấy khô (co không khí ) và khi nung ( co lửa ) Độ co tính bằng % so với kích thước ban đầu Độ co tổng cộng là tổng độ co
khi sấy và khi nung, thường trong khoảng 5 – 18%
Độ co khi sấy dao động trong khoảng 3 – 10% và phụ thuộc vào thành phần khoáng của đất sét, thành phần hạt của đất sét và độ ẩm của đất sét Để giảm co khi sấy, người ta thường trộn thêm phụ gia gầy
Độ co khi nung thường trong khoảng 2 – 3% tùy theo loại đất sét
1.3.3 Sự biến đổi hĩa lý của đất sét khi nung
Đất sét là hệ đa khoáng, khi gia công nhiệt thì xảy ra các quá trình hóa lí phức tạp, những khoáng mới được tạo thành
Từ nhiệt độ thường đến 1300C, nước tự do trong đất sét bay hơi, đất sét bị co.Từ nhiệt độ
200 – 4500C, nước hấp phụ bay hơi, chất hữu cơ cháy, đất sét bị co đáng kể và có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Từ nhiệt độ 500 – 6000C, nước hóa hợp mất, caolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O ) chuyển thành mêtacaolinit (Al2O3.2SiO2 ), đất sét mất tính dẻo Từ nhiệt độ 600 – 8800C, mêtacaolinit phân hủy thành Al2O3 và SiO2 Trong khoảng nhiệt độ 920 –
9800C, Al2O3 chuyển thành Al2O3, khoáng silimanit ( Al2O3.SiO2 ) được tạo thành, khoáng cacbonat bị phân hủy Trong khoảng nhiệt độ 1000 – 12000C, chủ yếu là sự tạo khoáng silimanit và khoáng mulit ( 3Al2O3.2SiO2 ) bắt đầu hình thành Nhiệt độ càng tăng thì quá trình chuyển hóa silimanit thành mulit càng mạnh Khoáng mulit làm cho sản phẩm có cường độ cao và bền nhiệt
Trang 92.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ NHU CẦU VỀ SẢN PHẨM GỐM XÂY DỰNG NÓI CHUNG VÀ GẠCH NGÓI NÓI RIÊNG SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ HIỆN ĐẠI HÓA NHÀ MÁY SẢN XUẤT GẠCH NGÓI
Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa – hiện đại hóa Quan hệ thương mại của Việt Nam với các nước ngày càng mở rộng và phát triển Những thuận lợi đó đã tạo ra nhu cầu xây dựng cơ sở vật chất trong nhiều lĩnh vực, tạo điều kiện phát triển ngành xây dựng nói chung và ngành vật liệu xây dựng nói riêng Đặc biệt, công nghiệp vật liệu xây dựng có một vai trò quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Bộ Xây dựng đã tiến hành nghiên cứu về tình hình tiêu thụ vật liệu và đưa ra các dự báo về nhu cầu tiêu thụ như sau:
Loại sản phẩm Đơn vị Năm 2005 Năm 2010 Năm 2020
Gạch xây Tỉ viên 10.94 13.07 15-16
Vật liệu lợp Triệu m2 85 98 118-120
Gạch ốp lát Triệu m2 62 75 95-100
Gạch chịu lửa Nghìn tấn 86 115.5 160-165
Đá ốp lát Triệu m2 1.5 2.0 2.2-2.5
Ximăng Triệu tấn 23.04 34.34 53-54
Cát xây dựng Triệu m3 25.7 32.8 44-45
Đá xây dựng Triệu m3 25 30 42-43
Trong những năm gần đây, nhiều loại vật liệu xây - lợp mới được nghiên cứu chế tạo Tuy nhiên, việc sử dụng các loại vật liệu mới này còn rất hạn chế ở nước ta vì giá thành cao và công nghệ chế tạo phức tạp
Trong khi đó, các vật liệu xây lợp cũ, mang tính truyền thống ngày càng đa dạng về mẫu mã, chất lượng cao, giá thành thấp và đáp ứng nhu cầu thẩm mĩ cao của người dân Có
Trang 10thể nói rằng vật liệu gạch xây và ngói lợp ngày nay có một vị trí đặc biệt bền vững trong kiến trúc – xây dựng hiện đại và nhu cầu về sản phẩm gạch ngói đã tạo ra một thị trường rộng lớn có tính cạnh tranh lành mạnh
Trên thị trường gạch ngói tại miền Nam hiện nay, ngoài một số ít nhà máy gạch ngói có dây chuyền sản xuất tương đối hiện đại với chủng loại sản phẩm đa dạng, còn lại hầu hết đều là những lò gạch thủ công
Các lò gạch thủ công đều thể hiện những yếu kém sau:
Năng suất không cao, sản phẩm không đa dạng
Sản phẩm ra lò có chất lượng kém và không có màu sắc đẹp
Chi phí nhiệt lớn
Do đó cần thay thế các lò gạch thủ công không có khả năng cạnh tranh này bằng các nhà máy hiện đại hơn theo hướng:
Hiện đại hóa khâu gia công phối liệu và tạo hình
Hiện đại hóa khâu sấy nung bằng các lò vận hành liên tục mà cụ thể là lò tuy-nen Đồng thời sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao, ít tro than để có thể đa dạng hóa sản phẩm
Nói tóm lại, việc xây dựng và hiện đại hóa nhà máy sản xuất vật liệu gạch ngói là cần thiết Trong đó, việc sử dụng lò nung tuy-nen với nhiên liệu đốt là dầu mazut có một ý nghĩa to lớn trong việc nâng cao năng suất, chất lượng và chủng loại sản phẩm
2.2 GIỚI THIỆU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ LOẠI SẢN PHẨM CỦA NHÀ MÁY 2.2.1 Chế độ làm việc của nhà máy:
Đối với khâu tạo hình:
Nghỉ: 52 ngày chủ nhật + 8 ngày lể + 15 ngày bảo trì máy
Làm việc: (365-52-8-15) = 290 ngày
Ngày làm 2 ca, một ca 8 giờ
Đối với khâu chất dỡ sản phẩm và sấy nung:
Nghỉ: 15 ngày bảo trì lò
Làm việc: (365-15) = 350 ngày
Trang 11Độ hút nước theo khối lượng = 12% < HP < 16%
Số viên/m2 = 56
Độ ẩm ngay sau tạo hình = 22%
Độ ẩm ngay sau khi phơi sấy tự nhiên = 12%
Độ ẩm ngay sau khi sấy cưỡng bức = 4%
Lượng mất khi nung = MKN = 8%
Phế phẩm khi sấy và nung = 3%
3.1 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH NGÓI
Các phương pháp gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu như : phương pháp dẻo, phương pháp bán khô và phương pháp hồ, có tính quyết định đến những sự khác biệt giữa các
sơ đồ công nghệ sản xuất, bởi vì các quá trình tiếp theo : tạo hình, sấy, nung không có sự khác biệt về bản chất
Sơ đồ công nghệ sản xuất gạch ngói theo phương pháp dẻo để chuẩn bị phối liệu mặc dù phức tạp và dài nhưng nó được phổ biến rộng rãi; thực tế hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất gạch ngói đều sử dụng sơ đồ công nghệ này
Thiết lập và thuyết minh sơ đồ cơng nghệ
Trang 123.2 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
3.2.1 Nguyên liệu:
Đất sét sau khi khai thác đƣợc xe chuyên chở đƣa về nhà máy, đổ thành đống lớn ở bãi chứa ngoài trời Đất sét ở đây đƣợc ủ khoảng 1-2 tháng để dự trữ nguyên liệu, nhƣng mục đích
chính của việc ủ là tạo cho đất sét có độ ẩm đồng đều và tăng tính dẻo cho đất sét
Sau đó đất sét đƣợc xe xúc đƣa đến cấp liệu thùng, phối liệu đƣợc cuốn vào băng tải nhờ 2 cánh cuốn Trong quá trình phối liệu di chuyển trên băng tải, cán bộ kỹ thuật kiểm tra tình trạng đất để ƣớc lƣợng độ ẩm tạo hình Từ băng tải phối liệu đƣợc đƣa vào máy nghiền bánh xe, thực hiện quá trình nghiền
MÁY NGHIỀN XA LUÂN
BÃI CHỨA ĐẤT
SÉT NGOÀI TRỜI
Băng tải CẤP LIỆU THÙNG
MÁY CÁN 2 TRỤC THÔ (<3mm)
Xe xúc
Băng tải xích CẤP LIỆU
GẠCH MỘC
Máy cắt gạch
MÁY NHÀO, ĐÙN, HÚT CHÂN KHÔNG