Производство фибролита

Производство фибролитовых плит мокрым способом имеет ряд недостатков:

1. во избежание осаждения  цемента необходимо все время  вручную перемешивать цементное  тесто в ванне;

2. цемент часто схватывается, что приводит к перерывам  работе  для чистки ванны и к потерям  цемента, которым обрастает оборудование;

3. при мокром способе  в фибролит вводится большое  количество воды, что отражается  на качестве плит.

При сухом способе все эти недостатки отпадают. По сухому способу шерсть (влажностью 20 – 25 %) смачивается минерализатором, посыпается цементом и тщательно перемешивается.

В данной курсовой работе производство фибролитовых плит будем вести сухим способом.

Первые попытки изготовить фибролит на портландцементе относятся к началу XX века. Однако они не увенчались успехом, поскольку или цемент не схватывался с древесной шерстью, или прочность полученного материала была недостаточной. Тогда возникло предположение, что древесина содержит вещества, которые препятствуют нормальному твердению цемента. Проведенные научные исследования показали, что причиной плохого схватывания цемента являются некоторые составные части древесины — «цементные яды».

Борьба с «цементными ядами» в древесине является одной из основных задач, от успешного решения которой в значительной степени зависит качество выпускаемых фибролитовых плит. К числу компонентов древесины, которые могут отрицательно воздействовать на цемент, относятся гемицеллюлоза, крахмал и экстрактивные вещества.   Крахмал в растениях находится в виде гранулированных зерен, не растворимых в холодной воде. При повышении температуры зерна частично растворяются. В лиственной древесине количество крахмала колеблется от 1 до 5 % в зависимости от породы; в древесине хвойных пород крахмала не находят.

Экстрактивными веществами, содержащимися в древесине, являются танниды (дубильные вещества), некоторые растворимые моносахара, органические кислоты, минеральные соли и кислоты, жирные и смоляные кислоты, летучие масла.

Органические кислоты  (уксусная, щавелевая, муравьиная) содержатся в древесине в незначительном количестве (до 0,2–0,3% от ее веса).

Растворимые сахара (сахароза, глюкоза, фруктоза и т. д.), обладая малым размером части (до 1 мкм), легко диффундируют через стенки клеток древесины и легко вымываются водой. Поэтому они наиболее опасны для цементного фибролита. Водорастворимые сахара, выделяющиеся из древесины, как бы отравляют частички цемента, изолируя их от воды, с которой они должны вступать в химическую реакцию, поэтому условно они и называются «цементными ядами». Кроме того, выделяющиеся из древесной шерсти водорастворимые сахара уменьшают щелочность среды (рН) цементного теста, в то время как высокое значение рН является необходимым условием для его твердения.

Обработка древесины с целью локализации экстрактивных веществ может осуществляться физическим или химическим способами, а также их комбинацией. Физическое воздействие может осуществляться кислородом (окисление), солнечными лучами, теплом и водой. Химическая локализация достигается путем обработки древесных частиц специальными веществами с целью перевода древесных сахаров в нерастворимые  или безвредные для цемента соединения. 

При выдерживании древесины на воздухе в ее составных частях происходят сложные биохимические и физико-химические процессы. Дубильные вещества окисляются и впитываются в стенки древесных клеток. Водорастворимые сахара подвергаются действию различных бактерий, бродят и  частично окисляются, а также остекловываются в процессе высыхания или кристаллизуются, переходя в менее растворимые формы по сравнению с сахарами, находящимися в соках свежесрубленного дерева. Посредством окисления древесины на воздухе, особенно при действии солнечных лучей, вредные для цемента компоненты (сахара, дубильные вещества, смолы) превращаются в безвредные нерастворимые в воде вещества.

В целях улучшения твердения фибролита в состав смеси вводят химические добавки — «минерализаторы». В данной курсовой работе в качестве минерализатора применяется жидкое стекло.

При обработке древесной шерсти раствором жидкого стекла,  помимо того, что оно воздействует на древесные сахара своей щелочной составляющей, на поверхности древесной стружки образуется тончайшая водонепроницаемая пленка, которая препятствует взаимодействию сахаров древесины и цемента.

Большинство минерализаторов, в том числе и жидкое стекло, являются ускорителями схватывания и твердения цемента. Благодаря ускорению процесса схватывания сокращается период взаимодействия ядов с цементом, а вследствие ускорения и активизации твердения цементного вяжущего более успешно преодолевается стабилизирующее действие экстрактивных веществ.

После пропитки древесной шерсти минерализатором ее смешивают с цементом и отправляют под пресс. В основе прессования лежит процесс связывания частиц цемента и древесной шерсти, осуществляемый под нарастающим давлением.

Далее плиты, зажатые в формах, подвергаются твердению в естественных или искусственных условиях. Первые сутки твердения являются наиболее показательными и одновременно решающим периодом для вызревания плит цементного фибролита. За это время в основном заканчивается химическое взаимодействие древесины с цементом, происходит формирование структуры материала, достигается распалубочная прочность.

 

ПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ. Основное технологическое оборудование

Процесс изготовления фибролитовых плит состоит из нескольких последовательных этапов:

1. подготовка сырья;
2. минерализация древесной шерсти для производства фибролита;
3. приготовление формовочной смеси;
4. формование плит фибролита;
5. тепловая обработка фибролитовых плит.

Подготовка древесного сырья – один из наиболее важных моментов в производстве цементного фибролита. От правильной подготовки древесного сырья зависит расход цемента, качество продукции, продолжительность производственного цикла. Подготовка и обработка древесного сырья слагается из следующих основных операций:  выдерживание, расторцовка, расколка и окорка.

Поступающую на склад (1) древесину укладывают в штабеля и выдерживают на открытом воздухе не менее 4 - 6 весенне-летних месяцев (выдерживание древесины в холодное время года не улучшает ее свойств). В дальнейшем древесина разгружается на специально отведенную площадку. По этой площадке передвигается балансирная пила (3), которой расторцовывают  сырье на чураки длиной 0,5 м. Кондиционные чураки диаметром до 20 см укладываются на транспортер , над которым установлен металлоискатель. Чураки с металлическими включениями сбрасываются с транспортера и идут в отход, а годные направляются дальше к гидроокорочному барабану. Чураки диаметром более 20 см и с внутренней гнилью по транспортеру двигаются к колуну. Здесь они раскалываются и по транспортеру направляются к гидроокорочному барабану.

Затем окороченные чураки подают к древошерстным станкам (4), на которых и вырабатывают древесную шерсть. Правильный выбор размеров древесной шерсти имеет большое экономическое и техническое значение. С увеличением толщины строгаемой шерсти возрастает производительность станков и снижается расход электроэнергии. Однако с толщиной шерсти связаны и такие свойства, как эластичность шерсти, прочность, качество поверхности, внешний вид и состояние кромок плит, а также удобоукладываемость шихты при формовании.

Полученная древесная шерсть пневмотранспортом передается от станков в коллекторы смесительного отделения (5), откуда поступает на вибростол (8), на котором производится ее минерализация.

В установленный над вибростолом бачок (6) насосом подается раствор минерализатора, приготовленный в специальных емкостях. Минерализацию древесной шерсти для фибролита осуществляют путем ее обрызгивания 3 -4%-ным водным раствором хлористого кальция или жидкого стекла. Для этого применяют различные устройства: шерстетрясы, конвейеры с перфорированной лентой, барабанные смесители. Через перфорированные трубки шерсть опрыскивается раствором минерализатора. На шерстетрясах из древесной шерсти отсеивается мелочь и стряхивается излишек раствора минерализатора. Минерализованная древесная шерсть сбрасывается с вибростола в смеситель (11), куда поступает цемент через шнек-дозатор (10).

Внутри смесителя под шнеком-дозатором установлены пропеллеры для распыления цемента на древесную шерсть. Перемешивание в смесителе производится непрерывно. При приготовлении формовочной смеси для фибролита учитывают соотношение между древесной шерстью и цементом, которое зависит от марки выпускаемых плит и вида древесной шерсти. Для каждого вида древесной шерсти существует рациональный расход цемента, соответствующий оптимальной толщине слоя цементного камня на поверхности ее элементов. Дальнейшее увеличение расхода цемента не приводит к эффективному росту прочности цементного фибролита, а лишь повышает его среднюю плотность. Уменьшение расхода цемента ухудшает скрепление лент древесной шерсти, снижает био- и огнестойкость готовых изделий. Средние значения расхода древесной шерсти, м3, и цемента, кг, следующие: для марки 300 — 0,4 и 190, для марки 400 — 0,55 и 240, для марки 500 — 0,82 и 270. Влажность смеси для получения плит хорошего качества должна поддерживаться в пределах 45 - 50 %.

Из смесителя шихта поступает на транспортер (12), над которым размещены разравнивающий барабан (13) и сбрасывающий. Зубья сбрасывающего барабана подхватывают шихту и перебрасывают ее в металлические формы (14), расположенные на движущемся транспортере вплотную друг к другу.

Далее формы проходят под подпрессовывающим барабаном (15), уплотняющим шихту. После этого кругопильный станок с помощью балансирной пилы разрезает поперек ковер фибролитовой шихты между формами[4].

Заполненные шихтой формы по роликовому транспортеру поступают к пакетонаборному устройству, являющемуся одновременно прессом (16). После того как по транспортеру пройдет десять форм, автоматически включается поперечный транспортер (17), который подает в пресс (18) пригрузочную плиту.

После достижения заданной степени уплотнения массы фибролита формы сжимают струбцинами (фиксируют толщину уплотненной массы) с целью исключения упругого последействия лент древесной шерсти. В таком обжатом состоянии формы с уплотненной массой подают на тепловую обработку.

Тепловая обработка фибролитовых плит осуществляется в два этапа. Вначале тепловую обработку фибролита производят в формах в обжатом состоянии с целью закрепления структуры, полученной при формовании. На этой стадии пакеты форм загружают в камеру твердения (19), где их выдерживают при влажности среды 60 - 70 % и температуре З0 - 35 °С в течение 8 ч при использовании быстротвердеющего цемента и до 24 ч при применении обычного портландцемента.

Затем плиты фибролита направляют на расформовочный станок (20) распалубливают (21), обрезают боковые и торцевые кромки (22) и выдерживают под навесом на открытом воздухе (в летнее время) в течение 5 - 7 суток или в специальных сушилках при температуре 50 - 60 °С и относительной влажности 60 - 70 % в течение 1 - 2 суток. Влажность высушенных плит фибролита не должна превышать 20 %. Готовые плиты складывают в штабеля и вывозят на электропогрузчике для дальнейшего вызревания и сушки под навес.

Общая схема производства фибролитовых плит представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Общая схема производства фибролитовых плит

 

Для получения продукции по качеству, соответствующему требованиям ГОСТа, в технологическом процессе необходимо провести технический контроль.

 

Характеристики некоторого технологического оборудования:

• Окоривочный станок ОС-900:

Диаметр обрабатываемого бревна:	от 200 до 900 мм
Длина обрабатываемого бревна:	от 2 до 6 метров
Мощность привода фрезы:	18 кВт
Общая мощность:	25 кВт
Давление подводимого сжатого воздуха:	не менее 6 атм
Расход воздуха:	800 л/мин
Длина:	10,7 м
Ширина :	2,9 м
Высота:	2,6 м

 

• Древошерстный станок СД-3:

Рабочая ширина ножевой плиты, мм	350
Толщина изготовляемой стружки, мм	0,07-0,5
Частота вращения барабана об./мин	240
Длина хода ножевой плиты, мм	560
Длина обрабатываемой заготовки, мм	430-500
Число оборотов главного вала, об\мин	240

 

• Дозатор цемента ДЦ-350:

Наибольший предел дозирования, кг	400
Наименьший предел дозирования, кг	30
Исполнительная система	пневматическая
Предел допускаемой погрешности каждой дозы в интервале взвешивания от номинального значения дозы, %	±1%
Непостоянство показаний нагруженного дозатора от номинального значения дозы, %	±0,5%
Род тока	переменный
Напряжение, В	220
Система управления	дистанционная
Давление сжатого воздуха в пневмосистеме, Мпа	0,6
Температура воздуха в месте установки, оС	От +1 до +35
Верхнее значение влажности воздуха при 20оС, %	80
Длина (не более), мм	1000
Ширина (не более), мм	1000
Высота (не более), мм	1400
Масса (не более), кг	150