Производство муллито-кремнеземистых стекловолокнистых материалов марки МКРР-130

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Область применения муллитокремнеземистого теплоизоляционного огнеупорного стекловолокна марки МКРР — 130

Волокнистые теплоизоляционные материалы: асбест, минеральная силикатная вата, стекловолокно и теплоизоляционные изделия на их основе играют важную роль в промышленности, но всегда имеют ограниченное применение — до температуры 800 °C. Это ограничение было снято благодаря введения новых волокон, базирующихся на бинарной системе глинозем-кремнезем (Al₂O₃-SiO₂). Одним из видов таких материалов является огнеупорное теплоизоляционное муллитокремнеземистое стекловолокно марки МКРР-130, имеющее максимальную температуру применения 1150 °C. Оно представляет собой намотанный рулон, предварительно уплотненный в непрерывном потоке волокна толщиной 20 мм, шириной 600 мм, диаметром 400 мм и кажущейся плотностью материала 130 кг/м³.

МКРР-130 применяется для теплоизоляции нагревательных и термических печей и других тепловых агрегатов, а также для производства рубленого волокна марки РУВОЛ-М. Так же МКРР — 130 может использоваться для изготовления бумаги, плит, тормозных колодок, при производстве уплотнительных вставок, картонов гибкого и листового.

Теплоизоляционное волокно марки МКРР — 130 может использоваться лишь в защищенном от агрессивного воздействия слое футеровки. Поэтому при службе МКРР — 130 испытывает воздействие лишь одного фактора — высокой температуры. Слои футеровки показаны на рисунке 1.1.

1 — огнеупорная футеровка печи, 2 — слой теплоизоляции из волокна,

3 — металлический кожух Рисунок 1.1 — Слои футеровки теплового агрегата Основная проблема при службе волокнистой футеровки — это уменьшение объема из-за усадки, которая обусловлена процессами рекристаллизации и спекания, а также ростом кристаллов при высоких температурах.

При нагревании до 950−1050 °С в волокне происходит муллитизация. Игольчатый муллит оказывает армирующие действия, что позволяет волокну сохранить стабильность в течение определенного времени.

Футеровка из волокна снижает потери тепла через стенки на 10−11 и 35−45% соответственно в печах непрерывного и периодического действия и ее массу в 9−12 раз. При этом повышается производительность печей за счет увеличения объема печного пространства и сокращения общего цикла тепловой обработки. Например, использование волокнистой футеровки в электропечах сопротивления увеличивает срок их службы в 4 раза, при этом стабилизируются тепловые режимы обработки выпускаемой продукции, что обеспечивает улучшение их качества.

Снижение расхода топливо-энергетических ресурсов на 1% обходится в 2−3 раза дешевле, чем добыча эквивалентного количества топлива.

1.2 Показатели качества муллитокремнеземистого теплоизоляционного огнеупорного стекловолокна марки МКРР — 130

По ГОСТ 23 619–79 на МКРР-130 распространяются следующие требования: указанные в таблице 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 — Физико-химические показатели муллитокремнеземистого рулонного материала марки МКРР — 130

Таблица 1.2 — Наименование материала, размеры и предельные отклонения

1.3 Физико-химические основы производства муллитокремнеземистого теплоизоляционного огнеупорного стекловолокна марки МКРР — 130

Основными процессами, происходящими при получении муллитокремнеземистого волокна марки МКРР — 130 являются: смешение, плавка и раздув волокон.

Процесс смешения должен обеспечивать однородность массы по количеству составляющих материалов, зерновому составу и влажности. Анализ процесса смешения показывает, что излишнее время перемешивания не улучшает качество смеси, а только может вызвать процесс десмешения.

Рисунок 1.2 — Изменение коэффициента неоднородности в зависимости от времени смешения Весь цикл смешения можно подразделить на три периода, указанных на рисунке 1.2. Процессу конвективного смешения соответствует I период, в ходе которого резко снижается коэффициент неоднородности и наблюдается усреднение объема смешиваемых компонентов на макроуровне. При дальнейшем смешении происходит процесс усреднения массы на более глубоком уровне, характерном для II периода, который называют диффузионным смешением. На этом процесс смешения, как правило, заканчивают, так как при дальнейшем перемешивании (III период) происходит досмешение.

Смешение сырьевых компонентов осуществляется в роторном смесителе в течение 1,5 — 3 минут до получения однородной массы.

Алюмосиликатные волокна системы Al₂O₃ — SiO₂ имеют высокие температуры плавления (1900;1960). Пологий ход кривой ликвидуса обуславливает быстрое нарастание количества жидкой фазы при нагревании смесей, содержащих от 5,5 до 72% Al₂O₃, поэтому при температурах выше 1600 °C для составов, содержащих указанное количество Al₂O₃, количество жидкой фазы в системе будет быстро нарастать. Проследить это можно на рисунке 1.3.

В процессе плавки шихты в дуговой электропечи вследствие различия температур плавления SiO₂ и Al₂O₃ и полной гомогенизации расплава не достигается и часть глинозема в виде шариков с расплавом вытекает из печи.

Рисунок 1.3 — Диаграмма состояния системы Al₂O₃ — SiO₂ по Н. А. Торопову и Ф.Я. Галахову

Размер шариков (не волокнистых включений) зависит от дисперсности глинозема, состава шихты, температуры расплава, параметров энергоносителя, диаметра выпускного отверстия, гомогенности шихты и др. Если количество таких не волокнистых включений мало, то вязкость получаемого в печи расплава близка к вязкости исходного расплава; во всех остальных случаях она будет больше. Такую вязкость называют эффективной вязкостью (1 Па*с). Выпускное отверстие показано на рисунке 1.4.

Образование нитей при встрече энергоносителя со струей расплава связывают со значительным уплотнением ударной волны газового потока, при котором происходит мгновенное изменение параметров энергоносителя: давление и температуры увеличиваются, а скорость потока уменьшается, в результате чего происходит дробление струи расплава, вытягивание волокон и образование многочисленных корольков. Для раздува расплава целесообразнее использовать перегретый пар с температурой 180−190 °С.

С уменьшением вязкости расплава толщина волокон уменьшается, а содержание не волокнистых включений возрастает. Увеличение диаметра струи расплава приводит к утолщению волокон и уменьшению количества не волокнистых включений. Существует критическое отношение вязкости к поверхностному натяжению, при котором волокнообразование прекращается и происходит капельный распад струи расплава. Скорость потока энергоносителя оказывает положительное влияние на процесс волокнообразования; с ее увеличением возрастает кинетическая энергия потока, а следовательно, и интенсивность воздействия на расплав. Скорость энергоносителя при раздуве должна быть сверхзвуковой 600−700 м/с, что создает резкий шум.

Потоком воздуха штапельные волокна попадают в камеру осаждения волокон. В камере скорость струи резко падает, и волокна осаждаются на движущийся сетчатый конвейер, который является днищем камеры.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Соответствие существующего производства требованиям к современной технологии На существующем предприятии по производству МКРР-130 (муллитокремнеземистый рулонный материал с кажущейся плотностью 130 кг/м³) технологические требования и нормы не нарушаются, поэтому выпускаемый материал является качественным и отвечает всем требованиям ГОСТа.

На производстве постоянно проводится технологический контроль на всех стадиях производства, лаборатории оснащены современным оборудованием, позволяющим качественно проводить лабораторные методы испытания, брак подвергается возврату в производство.

Компоновка оборудования произведена в соответствии с последовательностью технологического процесса.

Запыленность в отделении не превышает допустимую норму и составляет 2 мг/м³. Проходы и переходы ограждены и являются безопасными, осуществлена автоматизация и механизация технологического процесса. В отделении соблюдаются правила противопожарной безопасности, техники безопасности, выполняются мероприятия по охране окружающей среды.

Недостаток на существующем предприятии заключается в том, что для плавки шихты в печи применяются углеродистые электроды. Отрицательное влияние этих электродов в том, что среда, за счет них, в печи восстановительная. В шихте присутствуют оксиды железа, которые восстанавливаются в чистое железо, оседая на дно печи. Затем это железо может взаимодействовать с электрической дугой электродов и этим истирать дно печи, что в последующем может привести к аварийной ситуации. Дипломным проектом предлагается использовать для плавки в печи электроды молибденового состава, которые не взаимодействуют не с одним из компонентов и примесей шихты.

На существующем предприятии процесс плавки управляется при помощи специальных рычагов, регулирующих подачу масла и пара, плавильщиком и помощником плавильщика. Дипломным проектом предлагается ввести автоматизацию процесса плавки с помощью персонального компьютера, что позволит сократить число обслуживающего персонала, а, следовательно, и повысит рентабельность производства данной продукции.

2.2 Подбор сырья и добавок, их характеристика В качестве сырья для производства муллитокремнеземистого волокна марки МКРР — 130 используется технический глинозем и кварцевый песок. Основными требованиями, предъявляемыми к глинозему, являются: содержание Al₂O₃ не менее 97%, массовая доля Fe₂O₃ не более 0,015%. К кварцевому песку так же предъявляются требования по содержанию SiO₂ — не менее 97%, а по содержанию Fe₂O₃ не более 0,4%. Влажность кварцевого песка должна быть в пределах 0−1%.

В зависимости от химического состава глинозем подразделяется на марки, указанные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Химический состав глинозема

Дипломной работой предлагается использовать в качестве сырья глинозем марки Г — 000, так как он наиболее лучше подходит по предъявляемым требованиям. В глиноземе Г — 000 достаточное содержание Al₂O₃ (которое высчитывается по формуле 100% - (%SiO₂ + % Fe₂O₃ + % TiO₂ + %V₂O₅ + %Cr₂O₃ + %MnO + % ZnO + % P₂O₅ + % Na₂O + % K₂O) и равно 99,65%) и содержание Fe₂O₃ в пределах допустимого значения.

Значение примесей глинозема:

SiO₂ — повышает вязкость силикатных расплавов и химическую стойкость волокон в любых средах. Удлиняет интервал вязкости.

Fe₂O₃ — Снижает вязкость расплава, но повышает поверхностное натяжение.

TiO₂+V₂O₃+Cr₂O₃+MnO — улучшают химическую стойкость, но значительно повышают склонность к кристаллизации.

ZnO — в небольших количествах оказывает положительное влияние на химическую устойчивость, снижает вязкость и уменьшает склонность к кристаллизации.

P₂O₅ — понижает модуль упругости волокон, а так же устойчивость к воде, кислотам и высокой температуре.

Основными поставщиками данного сырья являются «Богославский алюминиевый завод», «УАЗ Каменск-Уральск».

Сравнительная характеристика песка Латненского и Талицкого месторождений приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 — Физико-химические показатели кварцевого песка

Дипломным проектом предлагается использовать при производстве волокна кварцевый песок Талицкого месторождения, ст. Новоувельское, гора Хрустальная, так как он отвечает требованиям по ГОСТ 22 551–77(2138−91)

Так же дипломной работой, для улучшения структуры волокна, гладкости поверхности стеклонитей, в перегретый пар при раздуве предлагается вводить поверхностно активное вещество — масло из сернистых нефтей марки ПС — 28. Требования, предъявляемые к маслу марки ПС — 28 указаны в таблице 2.3.

Таблица 2.3 — Требования и нормы предъявляемые к ПС — 28

2.3 Обоснование места строительства Дипломным проектом предлагается место строительства отделения по производству муллитокремнеземистого стекловолокна марки МКРР-130 территория действующего производства ОАО «Сухоложский огнеупорный завод».

Данное место строительства удовлетворяет следующие требования технологии:

— численность населения города Сухой Лог составляет более 50 000 человек, большая часть которых молодые люди трудоспособного возраста, из чего следует, что участок по производству стекловолокна, будет обеспечен рабочими кадрами.

— электроэнергия, необходимая для производства, доставляется с находящейся неподалеку Рефтинской ГРЭС.

— в непосредственной близости находится железнодорожная станция Кунара, что дает возможность доставки сырья на завод и отправки готовой продукции до заказчика.

— для производства необходима вода, в частности для охлаждения печи, источник которой так же находится в непосредственной близости к заводу, им является река Пышма Сухоложского района.

— роза ветров располагается так, что газовые отходы выделяемые предприятием уносятся за черту жилого района города.

2.4 Описание работы отделения с подбором технологических параметров производства и их обоснованием Кварцевый песок с влажностью до 1% и технический глинозем из расходных бункеров подаются весовыми дозаторами в смеситель, где они смешиваются в роторном смесителе по сухому способу. Время смешивания 1,5 минуты до получения однородной массы, данного времени достаточно для усреднения состава, если уменьшить данное время, то масса плохо перемешается и в дальнейшем не получиться однородного расплава. Соотношение подаваемых компонентов 52% - технический глинозем, 48% - кварцевый песок, данные материалы обуславливают выбор сырья, а их соотношение необходимо для получения волокна, которое будет отвечать требованиям ГОСТа. После смешения шихта транспортируется шнековым питателем в кюбель. После шихта отправляется в кюбелях на хранение в бункер над печи на плавку.

Из бункера шихта дозируется при помощи весового дозатора и отправляется на плавку в электродуговую печь.

Технологический процесс плавления шихты состоит из следующих операций:

— Загрузка шихты в электропечь из расходного бункера;

— Плавление шихты в электропечи;

— Процесс выпуска расплава из электропечи;

— Процесс раздува расплава через инжекционное сопло водяным паром с введением поверхностно активных веществ.

Печь кессонного типа с закрытым сводом. Печь имеет две зоны. В первой зоне расположены три электрода диаметром 150 мм. Здесь происходит плавление при температуре 2000 ⁰С, уменьшение температуры в печи может так же привести к неоднородности расплава, а увеличение не желательно, так как значительно увеличивается расход электроэнергии. Расплавление шихты осуществляется электродугой, которая создается тремя электродами. Во второй (зоне выработки) находятся электроды, с помощью которых происходит гомогенизация расплава, а также поддерживается требуемая температура. При этом расплав имеет вязкость порядка 10 Па. Электроды зоны выработки питаются от индукционного регулятора, позволяющего плавно регулировать напряжение. Расплав с температурой 1860 ⁰С выпускается через два выпускных отверстия диаметра 8 — 10 мм. Под выпускными отверстиями находятся сопла, в которые подается расплав и перегретый пар. Температура пара 160 -175 ⁰С. Пар подхватывает расплав своим потоком, вовлекая этой струей его в камеру волокнообразования вытягивая его по длине волокна в гладкие на поверхности стеклонити и уменьшая тем самым пылеобразование. В перегретый пар подается поверхностно активное вещество — масло марки ПС — 28. Расход масла 30−50 мл/мин. Масло подается плунжерным насосом-дозатором под давлением 12 МПа в форсунку высокого давления, вставленную в паровую трубу. В волокнообразующем устройстве пар выходит со сверхзвуковой скоростью 700 м/с, что создает резкий шум. Такое давление необходимо для получения волокна, уменьшение или увеличение давления может привести к изменению фракционного состава, а именно изменению толщины стеклонитей, что приведет к изменению кажущей плотности волокна и несоответствию продукции ГОСТам. После волокнообразующего устройства расплав совместно с паром с большой скоростью порядка 300 м/с, поступает в диффузор камеры волокноосаждения с сетчатым конвейером. Камера имеет размеры 16,500Ч2,150Ч3,630 м и является теплоизолированной. Сетчатый конвейер снабжен сеткой с размером 3,6Ч11мм.

В непрерывном потоке может быть получено несколько видов волокнистых материалов. Выходящий из камеры осаждения пухлый слой состоит из массы слабоориентированых волокон вместе с не волокнистыми включениями — «корольками».

К нижней части камеры подведен воздухопровод от вентилятора низкого давления, который создает разрежение в камере. Разрежение над сетчатым конвейером должно быть в пределах 2−15 кг*с/м², под сетчатым конвейером 15−45 кгс/м³. Давление подбирается так, что бы из камеры не вырывались пар и волокно. Полотно транспортируется сетчатым конвейером, над ним расположены прижимные барабаны, которые уплотняют ковер. Полотно подвергается поперечной и продольной резке для получения нужных размеров. После материал наматывается на скалку. Такой продукт, готовый для промышленного применения, называется рулонным материалом. Толщина рулонного материала зависит, от скорости сетчатого конвейера, которую можно регулировать в пределах 0−0,08 м/с путем изменения числа оборотов электродвигателя постоянного тока, привода конвейера.

Рулонный материал взвешивается, упаковывается в термоусадочную пленку, маркируется и отправляется на склад готовой продукции.

2.5 Возможные виды брака, причины и пути их устранения и его переработка При производстве муллитокремнеземистого волокна марки МКРР-130 можно получить продукцию, не отвечающую требованиям ГОСТа — брак. Поэтому необходимо устранять возможные причины возникновения некачественной продукции. Брак может получиться как следствие неисправности оборудования, так и неудовлетворительной работы обслуживающего персонала. Виды брака приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 — Виды брака, причины и пути их устранения

Вся некачественная продукция на данном производстве перерабатывается на трепальной машине (миксере) в РУВОЛ (рубленный волокнистый материал), из которого затем производят различные изделия (вставки, вкладыши, плиты и так далее).

2.6 Подбор технологического, транспортного и грузоподъемного оборудования Все оборудование, применяемое при производстве муллитокремнеземистого волокна марки МКРР — 130, можно условно разделить на технологическое, транспортное и грузоподъемное.

Технологическое оборудование в свою очередь делиться на основное и вспомогательное. К основному оборудованию можно отнести печь и смеситель, а к вспомогательному дозаторы.

Для выбора печи дипломной работой предлагается сравнить техническую характеристику трех печей указанную в таблице 2.5.

Таблица 2.5 — Сравнительная характеристика печей

Дипломной работой предлагается выбрать печь СКБ — 6098, так как она потребляет меньшее количество энергии при одинаковой производительности в сравнении с другими печами, а так же имеет меньшие габаритные размеры.

Для выбора смесителя дипломной работой предлагается сравнить техническую характеристику нескольких моделей смесителей с коленчатыми z — образными лопастями указанную в таблице 2.6.

Таблица 2.6 — Сравнительная характеристика смесителей с коленчатыми z-образными лопастями

Дипломной работой предлагается выбрать смеситель второй модели, т.к. он имеет необходимую емкость и не требует большой мощности.

Для выбора вспомогательных устройств, а именно дозаторов, дипломной работой предлагается сравнить их технические характеристики, которые приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 — Сравнительная характеристика порционных весовых дозаторов

Дипломной работой предлагается использовать для дозировки глинозема и кварцевого песка весовой дозатор ДПО-250, так как масса дозируемой порции и погрешность при этом наименьшая. Масса самой конструкции дозатора так же не велика, что весьма удобно.

В качестве транспортного оборудования для транспортировки основных компонентов и готовой смеси дипломной работой предлагается использовать шнековый питатель. Его выбор предлагается осуществить на основе технических характеристик представленных в таблицах 2.8, 2.9.

Таблица 2.8 — Технические характеристики питателя шнекового с ворошителем ПШ-1/150В

Таблица 2.9 — Технические характеристики питателя шнекового с ворошителем ПШ-1/200В

Дипломным проектом предлагается использовать шнековый питатель марки ПШ — 1/200 В с соединенной с ним емкостью с ворошителем материала, основной задачей которого является исключение сводообразование и залегание продукта.

При регулировании частоты вращения вала двигателя частотным преобразователем, достигается необходимая объемная дозировка по установленной технологии.

Достоинством питателя является отсутствие наружных вращающихся или подвижных узлов (за исключением привода) что приводит к минимальным затратам при техническом обслуживании, а также высокая производительность.

Шнековый питатель марки ПШ — 1/200 В представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 — Шнековый питатель марки ПШ — 1/200 В Для осаждения волокон выходящих из электродуговой печи дипломным проектом предлагается использовать камеру волокноосаждения. В зависимости от способа волокнообразования камеры волокноосаждения могут быть горизонтальными, вертикальными и барабанными.

Так как использование других камер волокноосаждения, кроме как горизонтальной, не является возможным, по причине способа выпуска волокна, то дипломной работой предлагается использовать горизонтальную камеру СМ-5237А, которая представляет собой металлический изолированный каркас прямоугольного сечения, ее характеристика представлена в таблице 2.10.

Таблица 2.10 — Техническая характеристика камеры волокноосаждения марки СМ-5237А

Для осуществления ремонта внутри отделения производства муллитокремнеземистого волокна марки МКРР — 130 предлагается использовать грузоподъемный механизм — электрическую таль с четырехкратным полиспастом, характеристика которой представлена в таблице 2.11, а устройство на рисунке 2.2.

Таблица 2.11 — Техническая характеристика канатной электрической тали с четырехкратным полиспастом

1 — электродвигатель, 2 — муфта упругая, 3 — редуктор, 4 — барабан,

5 — канатоукладчик, 6 — корпус, 7 — крюк с роликовым блоком, 8 — коробка управления, 9 — пульт управления, 10 — тележка, 11 — траверса с роликом, 12 — траверса с клином Рисунок 2.2 — Схема устройства канатной электрической тали с четырехкратным полиспастом

2.7 Расчет материального баланса производства МКРР-130

Исходные данные:

Производительность (Q) 7000 т/год

Влажность массы (Y₃) 2%

Потери при обрезке (q₁) 2%

Потери при осаждении (q₂) 1%

Потери при расщеплении (q₃) 1%

Количество расплава в волокнах (X₁) 80%

Количество масла ПС-28 в волокнах (X₂) 20%

Безвозвратные потери масла ПС-28 (q₄) 1%

Потери массы при плавлении (q₅) 1%

Потери массы при приготовлении и загрузке (q₆) 1%

Состав массы: Кварцевый песок (Y₁) 47%

Технический глинозем (Y₂) 51%

Вода (Y₃) 2%

Потери песка при подготовке (q₇) 1%

Влажность песка после сушки (W_к) 0,5%

Влажность песка до сушки (W_н) 4%

Потери глинозема при хранении, транспортировке и дозировании (q₈) 1%

Допустимые утечки технической воды (q₉) 1%

2.7.1 Выход волокнистого материала с ленточного конвейера с учетом безвозвратных потерь при обрезке

(2.1)

2.7.2 Количество обрези

Q₁-Q, т/год (2.2)

2.7.3 Выход волокнистого материала из волокнообразующего устройства с учетом безвозвратных потерь при осаждении

(2.3)

2.7.4 Потери при осаждении на сетчатый конвейер

q₂=Q₂-Q₁, т/год (2.4)

q₂=7215,007−7142,857=72,15 т/год

2.7.5 Потребность в расплаве

(2.5)

7215,007=5772,006

2.7.6 Потребность в масле ПС-28

(2.6)

=7215,007=1443,001т/год

2.7.7 Выход расплава из печи с учетом безвозвратных потерь его в волокнообразующем устройстве

(2.7)

2.7.8 Количество безвозвратных потерь

=5830,309−5772,006=58,303 т/год (2.8)

2.7.9 Потребность в масле ПС — 28 с учетом безвозвратных потерь при хранении и подготовке

(2.9)

2.7.10 Количество безвозвратных потерь масла ПС — 28

=Q₅— (2.10)

=1457,577−1443,001=14,576 т/год

2.7.11 Потребность в массе для плавления, с учетом ее безвозвратных потерь с отходящими из печи парами, газами и пылью

(2.11)

2.7.12 Потери массы при плавлении

=Q₆-Q₄ т/год (2.12)

=5889,201−5830,309=58,892 т/год

2.7.13 Потребность в массе с учетом безвозвратных потерь при приготовлении и загрузке

(2.13)

2.7.14 Количество потерь при загрузке и приготовлении

=Q₇-Q₆, т/год (2.14)

=5948,688−5889,201=59,487т/год

2.7.15 Потребность в составляющих массы

2.7.15.1 В кварцевом песке

Q_8.1= (2.15)

Q_8.1

2.7.15.2 В техническом глиноземе

Q_8.2= (2.16)

Q_8.2

2.7.15.3 В технической воде

Q_8.3= (2.17)

Q_8.3

т/год (2.18)

2.7.16 Потребность в кварцевом песке с учетом его безвозвратных потерь при подготовке

(2.19)

2.7.17 Количество потерь песка при подготовке

(2.20)

2.7.18 Потребность в кварцевом песке с учетом потерь его природной влажности

(2.21)

2.7.19 Количество воды, испаряющееся в сушильном барабане из песка

(2.22)

2.7.20 Потребность в техническом глиноземе с учетом безвозвратных потерь при хранении, транспортировке, дозировке

(2.23)

2.7.21 Количество потерь технического глинозема

(2.24)

2.7.22 Потребность в технической воде с учетом ее утечек

(2.25)

2.7.23 Количество теряемой воды, т/год:

(2.26)

Таблица 2.12 — Сводная таблица материального баланса

Невязка баланса составляет:

Н= (2.27)

Н

2.9 Расчет количества основного и технологического оборудования

2.9.1 Расчет количества печей печи, (2.29)

где

— годовая производительность отделения, т/год (статья 7 материального баланса);

— годовая производительность печи, т/ год (из подбора оборудования).

Дипломным проектом предлагается выбрать две электродуговых печи для производства муллитокремнеземистого волокна.

2.9.2 Расчет количества смесителей

т/год (2.30)

где

(по характеристике оборудования);

— производительность смесителя в час;

— количество часов в год (8760).

(2.31)

(2.32)

Дипломным проектом предлагается установить 2 z — образных смесителя.

где

— количество смешиваемых компонентов, т/год (статья 13, материального баланса).

2.9.3 Расчет количества дозаторов периодического действия Масса замеса:

На один замес потребуется глинозема

(2.33)

Следовательно, для подачи глинозема выбран дозатор ДПО-250 настроенный на 143 кг На один замес потребуется песка

(2.34)

Следовательно, для подачи кварцевого песка выбран дозатор ДПО-250 настроенный на 132 кг.

2.10 Расчет емкости бункеров для хранения компонентов шихты Поступает глинозема в производство в час

(2.35)

где

0,8 — коэффициент использования оборудования;

8760 — календарное число часов в год;

3033,831 — количество технического глинозема для составления шихты, т/год Запас глинозема в бункерах

0,433· 24=10,392 т (2.36)

где

24 — норма запаса, час Общий объем бункеров

(2.37)

где

1,1 — насыпная масса глинозема, т/м³

Общий объем бункеров с учетом коэффициента заполнения

(2.38)

где

0,8 — коэффициент заполнения бункера.

Следовательно, над каждым смесителем устанавливаем 2 бункер объемом 14,29 м³.

Выбираем комбинированные бункера (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 — Комбинированный бункер Размеры бункера определяем из соотношения

(2.39)

Пусть h₁=2 м; h₂=1 м; l₁=2 м; l₂=2 м; a₁=0,4 м; a₂=0,4 м.

(2.40)

Необходим бункер с V=14,29 м³; по расчету получилось 13,23 м³. Так как расхождение небольшое (допустимое ±2 м³), то размеры бункера принимаем следующие: h₁=2 м; h₂=1 м; l₁=2 м; l₂=2 м; a₁=0,4 м; a₂=0,4 м.

Поступает кварцевого песка в производство в час

(2.41)

где

0,8 — коэффициент использования оборудования;

8760 — календарное число часов в год;

2795,874 — количество кварцевого песка для составления шихты, т/год Запас кварцевого песка в бункерах

0,399*24=9,576 т (2.42)

где

24 — норма запаса, час Общий объем бункеров

(2.43)

где

1,3 — насыпная масса кварцевого песка, т/м³

Общий объем бункеров с учетом коэффициента заполнения

(2.44)

где

0,8 — коэффициент заполнения бункера.

Следовательно, над каждым смесителем устанавливаем бункер объемом 9,21 м³.

Выбираем комбинированные бункера (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 — Комбинированный бункер Размеры бункера определяем из соотношения:

(2.45)

Пусть h₁=1,5 м; h₂=1 м; l₁=2 м; l₂=2 м; a₁=0,4 м; a₂=0,4 м.

(2.46)

Необходим бункер с V=9,92 м³; по расчету получилось 9,21 м³. Так как расхождение небольшое (допустимое ±2 м³), то размеры бункера принимаем следующие: h₁=1,5 м; h₂=1 м; l₁=2 м; l₂=2 м; a₁=0,4 м; a₂=0,4 м.

2.11 Определение количества вспомогательного технологического, транспортного и грузоподъемного оборудования Дипломным проектом предлагается взять для производства следующее оборудование:

— Шнековый питатель — 4 штуки

— Весовой дозатор — 4 штуки

— Кюбель — 4 штуки

— Смеситель лопастной — 2 штуки

— Бункер шихты (по1 м³ объемом) — 2 штуки

— Электродуговая печь — 2 штуки

— Волокнообразующее устройство — 2 штуки

— Камера волокноосаждения — 2 штуки

— Конвейер осаждения — 2 штуки

— Автомат резак — 2 штуки

— Упаковочный автомат — 2 штуки теплоизоляционный стекловолокно экономический

3. КИП И АВТОМАТИКА

3.1 Автоматизация технологического процесса, его параметры, приборы контроля и регулирования Дипломным проектом предлагается рассмотреть процесс приготовления шихты для изготовления муллитокремнеземистого огнеупорного теплоизоляционного стекловолокна марки МКРР-130. При автоматизации поточно-транспортной системы решаются следующие задачи:

1 Для увеличения количества выпускаемой продукции в схеме управления поточно-транспортной системы предусмотрены минимальные транспортные задержки срабатывания оборудования потока.

2 Повышение качества продукции достигается за счет применения высокоточных тензо-дозаторов и оптимизации работы смесителя по действующему току, исключив влияние на процесс «человеческого фактора».

Вопросы техники безопасности решают с помощью блокировок электрооборудования, применения аварийной и предупредительной сигнализаций. Кроме того автоматизация участка позволит уменьшить время контакта человека с технологическим оборудованием и другими составляющими технологического процесса, что уменьшит риск получения травм и снизит влияние других вредных составляющих на жизнь и здоровье человека.

Полная функциональная схема автоматизации поточно-транспортной системы изображена на рисунках 3.1 и 3.2. Управление поточно-транспортной системой осуществляется в ручном и автоматическом режиме. Ручной режим применяется для ремонта, наладки и опробования системы.

Данная система состоит из 8 элементов, которые образуют один технологический поток, который даст представление о работе системы участка. Подача электропитания производится переключателем (позиция 1−1) на электрическую схему управления. Устанавливается режим автоматической работы.

В схеме управления проверяется состояние элементов системы с помощью датчиков уровня (поз 2−1), включение шнекового питателя (поз. 2−3), наличие массы в дозаторе (поз 3−1), стоит ли кюбель под роторным смесителем (поз. 9−1). Когда система готова к работе включается предупредительная сигнализация.

По окончании заполнения бункеров приходит сигнал о запуске шнековых питателей по линиям 1-а, 3-а, 5-а. Компоненты поступают по шнековым питателям в весовые дозаторы, заполнение которых происходит до получения сигнала «масса достигнута». При этом шнековый питатель останавливается. Разгрузка весового дозатора возможна только при наличии разрешающего сигнала системы управления смесителем. Шиберы дозаторов последовательно открываются, компоненты попадают в роторный смеситель. После сравнения счетчика времени и обнуления веса подается сигнал на закрытие шибера. При превышении показателя или сбоя обнуления весового дозатора подается аварийный сигнал.

Смешение компонентов контролируется с помощью задатчика времени (поз. 8−1), который формирует сигнал готовности шихты, то есть требуемое время смешения достигнуто. Система выдает сигнал на открытие шибера, при условии, что кюбель находится под смесителем. Масса выгружается за определенное время, по истечении которого отрабатывается время возврата шибера смесителя в исходное состояние. Выдается сигнал об окончании цикла перемешивания и формируется сигнал на разгрузку весового дозатора и начало следующего замеса.

Рисунок 3.1 — Функциональная схема автоматизации ПТС

4. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Технологический контроль производства в отделении В производстве есть большая необходимость проводить контроль. Если правильно, вовремя, с соблюдением всех правил проводить проверки и испытания можно предупредить брак продукции.

Таблица 4.1 — Технологический контроль производства в отделении

4.2 Мероприятия по охране окружающей среды Хозяйственная деятельность людей всегда влияет на окружающую среду: загрязняется водная, воздушная, почвенная среды.

Отделение по производству муллитокремнеземистого рулонного материала марки МКРР-130, так же негативно влияет на окружающую среду. При плавке, подготовке шихты, резке и переработке ковра образуется большое количество силикатной пыли.

Дипломным проектом предлагается установить рукавные фильтры для уменьшения пылевыделения в отделении.

Так же, рекомендуется еженедельно проводить влажную уборку отделения.

Для дополнительной отчистки воздушной среды дипломным проектом предлагается высадить озеленительные насаждения вокруг отделения, а именно тополя, которые лучше всего подходят для очистки воздуха.

4.3 Техники безопасности в отделении Общие требования безопасности:

1 К работе допускаются лица, достигшие 18-ти лет, прошедшие предварительный медицинский осмотр и признанные годными для выполнения этой работы.

2 К самостоятельной работе допускаются лица, прошедшие:

а) вводный инструктаж по безопасности труда, пожарной безопасности и оказанию до врачебной помощи пострадавшему;

б) первичный инструктаж на рабочем месте;

в) стажировку с обучением безопасным методам и приемам работ;

г) проверку знаний безопасности труда в квалификационной комиссии;

3 В дальнейшем работнику необходимо проходить:

а) периодический медицинский осмотр, согласно установленных сроков;

б) ежегодное обучение безопасным методам и приемам работ и проверку усвоенных знаний по программе, утвержденной администрацией отделения;

в) повторный инструктаж не реже 1 раза в 6 месяцев;

г) внеплановый и целевой инструктаж по мере необходимости.

Работник обязан:

— соблюдать требования инструкций по охране труда, не допускать опасных методов и приемов труда;

— использовать по назначению спецодежду, спецобувь и др. СИЗ, предназначенные для данной профессии или вида работ;

— выполнять только ту работу, по которой проинструктирован и допущен руководителем подразделения (мастером);

— знать опасные и вредные производственные факторы, характерные для выполняемой работы;

— знать значение применяемых на предприятии знаков безопасности, звуковых и световых сигналов;

— выполнять правила пожарной безопасности, знать места расположения первичных средств пожаротушения, пути эвакуации людей;

— уметь оказывать первую доврачебную помощь пострадавшим при несчастных случаях;

5. ОХРАНА ТРУДА

5.1 Характеристика отделения по условиям труда В отделении по производству муллитокремнеземистого волокна создаются благоприятные условия труда: внедряется автоматизация и механизация производственного процесса, однако условия труда приравниваются к очень тяжелым, это связано с тем, что на некоторых переделах нет возможности отказаться от ручного труда.

В отделении по производству МКРР-130 (муллитокремнеземистый рулонный материал с кажущейся плотностью 130 кг/м³) опасными производственными факторами являются: электричество, движущиеся механизмы машин и перемещаемые материалы, вибрация, обильное пылевыделение.

Каждый фактор оказывает вредное или опасное влияние на организм человека в тех случаях, когда параметры его выходят за пределы допустимых норм. Такое влияние чаще всего проявляется к снижению работоспособности, а так же профессиональным заболеваниям.

Воздействие превышающей норму вибрации в диапазоне частот от 1 до 250 Гц вызывает преждевременную усталость, потерю внимания и скорость реакции. Длительное воздействие интенсивной вибрации вызывает специфическое заболевание, называемой вибрационной болезнью.

Потенциальная опасность поражения электрическим током существует на всех участках производства. Наиболее часто встречающимися причинами электротравматизма является неисправность оборудования, несвоевременный ремонт. Значительная причина — это невыполнение административно-техническим персоналом должностных обязанностей, обеспечивающих безопасное проведение работ, в частности: отсутствием или не использованием защитных средств, ограждений, заземлений. При электротравме могут быть поражения отдельных частей тела, электрические ожоги, механические повреждения тела и т. д.

Силикатная пыль ведет к заболеваниям верхних дыхательных путей, а так же профессиональных заболеваний.

В связи с присутствием негативных факторов разработка оздоровительных мероприятий в отделении приобретает особую актуальность.

5.2 Мероприятия по созданию благоприятных условий труда С улучшением благоприятных условий труда, производство встанет на новый уровень производства как человеческих, так и рыночных отношений.

Дипломным проектом предлагаются следующие мероприятия для создания благоприятных условий труда:

— Модернизация технологического, подъемно-транспортного и другого производственного оборудования;

— Внедрение систем автоматического и дистанционного управления и регулирования производственным оборудованием, применение промышленных роботов в опасных и вредных участках производства;

— Совершенствование технологических процессов в целях меньшего воздействия на работников опасных и вредных производственных факторов;

— Внедрение систем автоматического контроля и сигнализация уровней опасных производственных факторов;

— Внедрение технических устройств, обеспечивающих защиту работников от поражения электрическим током;

— Устройство новых средств коллективной защиты, а также отопительных и вентиляционных систем;

— Приведение искусственного и естественного освещения на рабочих местах;

— Нанесение знаков безопасности на оборудование;

— Приобретение сатураторных установок для приготовления газированной воды.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ (Расчеты выполнены по условным данным)

6.1 Расчет технико-экономических показателей

Капитальные затраты Длина здания: А = 60 м Ширина здания: В = 18 м Высота здания: С = 17,95 м

6.1.1 Затраты на строительство здания, З_зд

(6.1)

где,

V — объем здания, м³;

— средняя стоимость 1 м³ здания, руб/м³

Таблица 6. 1 — Затраты на строительство здания

6.1.2 Затраты на оборудование Таблица 6. 2 — Затраты на оборудование

(6.2)

где, И — итого, руб

6.2 Расчет стоимости сырья Таблица 6. 3 — Расчет стоимости сырья

Затраты на одну тонну продукции

(6.3)

где З_общ — общие затраты, руб;

ПП — годовая производительность готовой продукции, т/год.

6.3 Затраты на электроэнергию Таблица 6. 4 — Затраты на электроэнергию

(6.4)

(6.5)

где

k — коэффициент использования оборудования, k=0,8

(6.6)

где

k_спр — коэффициент спроса, k_спр=0,7

Затраты на электроэнергию

(6.7)

где С₁ — основная плата за 1 кВт· ч, С₁=2 руб С₂ — дополнительная оплата за 1 кВт· ч, С₂=0,94 руб Затраты на одну тонну продукции

(6.8)

6.4 Расчет фонда рабочего времени Таблица 6.5 — Фонд рабочего времени

Коэффициент подмены

(6.9)

Списочное число рабочих Таблица 6.6 — Списочное число рабочих

(6.10)

Таблица 6.7 — График сменности