Faianta de Menaj

1. INTRODUCERE

Folosirea materiilor refractare de către om este foarte veche . Odată cu descoperirea focului , cu mii de ani înaintea erei noastre a apărut și necesitatea unor materiale rezistente la foc. Astfel au fost găsite diferite roci, pietre, argile, cu rezistența termică corespunzătoare îndeletnicirilor practice strict necesare vieții omului .

Odată cu nevoia confecționării uneltelor și diverselor obiecte s-au folosite aceste materiale naturale, la început pentru topirea unor metale și ceva mai târziu chiar la fabricarea sticlei .

În general materialele naturale rezistente la foc utilizate de om la început, erau formate din minerale silico-aluminoase cu multe impurități feroase și alcalino-pamântoase .

Fabricarea propriu-zisă a cărămizilor refractare începe abia în secolul al XIX-lea, primele căramizi fiind din argile refractare, caolin, și gresii silicoase având drept liant varul. În această perioadă încep să ia naștere în Europa, SUA, Japonia primele fabrici de produse refractare punându-se astfel bazele unei industrii noi bazate pe stiință și tehnologie.

La noi în țară industria refractarelor ia ființă după primul război mondial extinzându-se și modernizându-se continuu . În prezent industria produselor refractare cu excepția parțială a unor produse bazice și speciale acoperă întreg necesarul de refractare pentru economia națională prin producția numeroaselor fabrici existente la Brașov, Comarnic, Pleașa, Aleșd,Turda, Azuga, Alba Iulia, Dej, etc. care produc atât produse refractare dense cât și produse refractare termoizolatoare (3).

Preocuparea pentru realizarea unor instalații industriale care să

funcționeze economic la temperaturi înalte, antrenează implicit utilizarea

unor materiale temoizolatoare pentru întreaga gamă de temperaturi practicate industrial .

În acest context se înscrie și evoluția cărămizilor refractare termoizolatoare rezistente la temperaturi de peste 1500ºC, domeniul de preocupări mai nou și mereu actual.

Produsele refractare termoizolante sunt materiale utilizate pentru diminuarea dispersiei căldurii spre exterior în instalațiile termice.

Capacitatea lor izolantă este dată de o porozitate ridicată, porii plini cu aer diminuează conductibilitatea termică a materialului. Este cunoscut faptul că o bună izolare termică presupune :

– o conductibilitate termică cât mai redusă a unui material utilizat pentru înzidirea unor incinte termice

– o căldură specifică cât mai redusă a materialului, pentru a reduce și acumulările de căldură în pereți

Aceste cerințe sunt direct legate de unele proprietăți ale materialelor destinate izolării termice (uneori numite și produse refractare ușoare ) și anume :

– natura chimică a materialelor

– porozitatea, mărimea și distribuția porilor existenței în material

– densitatea materialului (și ea în stânsă corelație cu porozitatea )

În prezent multe firme (Johns Manville, Savoie Refractaires, SEPR, Styrozell etc.) produc o gamă largă de cărămizi termoizolatoare, deși apariția fibrelor ceramice a substituit parțial, cu mult succes cărămizile termoizolatoare iar în multe domenii se utilizează și betoane refractare termoizolatoare .

Paleta cărămizilor refractare termoizolatoare s-a extins până la limita de 1850ºC ca temperatură maximă de utilizare .

Aproape toate materialele refractare termoizolatoare se situeaă în sistemul SiO2-Al2O3 existând și altfel de materiale de natură silicioasă (cu peste 92% SiO2) dar fabricate în cantități relativ modeste .

Această situare a materialelor respective se datorează caracteristicilor interesante ale compușilor din sistemul SiO2-Al2O3 și anume :

stabilitate termică și chimică bună

rezistențe mecanice bune

conductibilitate termică, căldură specifică și rezistență la șoc termic favorabile în raport cu alte materiale refractare (de exemplu cele bazice) accesibile ca resurse.

Preocuparea lucrării de față a fost stabilirea unor condiții optime de fabricația a unor materiale refractare termoizolatoare pentru limita de temperatură maximă de utilizare 1480º C, situate în sistemul SiO2-Al2O3.

2. Metode și procedee cunoscute privind obținerea cărămizilor refractare termoizolatoare. Materii prime utilzate.

Capacitatea izolantă a cărămizilor refractare termoizolatoare este dată de o porozitate ridicată : porii plini cu aer diminuează conductibilitatea termică a materialelor.

Astfel trebuie ca aerul să fie absolut imobil pentru a avea cel mai slab coeficient de conductibilitate termică posibil.

Deci, este preferabil ca porii din material să aibă dimensiuni mici deoarece porii mari transmit bine căldura prin convecție la temperaturi mici și de asemenea prin radiație la temperaturi mari.

Fiind foarte poroase materiale izolante au greutate volumică mică ( 0,5 până la 1,8g/cm3) și au o rezistență mecanică și chimică mică și ca urmare ele sunt utilizate în general în spatele unei căptușeli refractare dense.

Un material sau produs refractar este considerat izolant atunci când porozitatea sa totală (pori închiși și deschiși) este mai mare sau cel puțin egală cu 45% [1].

Produsele refractare termoizolatoare ocupă un loc foarte important în cadrul produselor ceramice prin utilizarea lor la construcția agregatelor termice făcându-se mari economii de combustibil, scade căldura totală necesară a cuptorului, scade prețul de cost al agregatului termic și ca atare va scădea și prețul de cost al produselor arse în agregatul respectiv.

Astfel, J.Baratanque și P. Vandenhaute, au dat un exemplu de căptușeli refractare cu caracteristici îmbunătățite față de căptușeli refractare ale aceluiași cuptor și date comparative din exploatare.

În varianta A, s-a căptușit bolta, partea de sus a stâlpilor, peretele din spate și ușa, cu cărămizi silico–aluminoase dense (g=220 mm, ρ=2g/cm3), și izolatoare (g=60mm, ρ= 0,6g/cm3).

În varianta B, același cuptor s-a căptușit numai cu cărămizi refractare izolatoare cu( g=220mm, ρ=0,7g/cm3 și g=60mm, ρ=0,6g/cm3).

La sfârșitul determinărilor sau obținut următoarele date:

căldura acumulată în boltă la sfârșitul unui ciclu de lucru este de 68260Kcal/m2 la varianta A și de 15380Kcal/m2 la varianta B, deci de 4.4 ori mai mică, iar la echilibrul termic de 118200Kcal/m2 la A față de 32200Kcal/m2 la B.

căldura necesară pentru a încălzi la interior un m2 de căptușeală de la 850ºC la 950ºC în timp de o oră a fost de 6130Kacl/m2 la A față de 1320Kcal/m2 la B, iar consumul de combustibil a fost de 1,15kg la A și 0,235kg pe oră la B[3].

Clasificarea produselor refractare termoizolatoare se face după mai multe criterii:

– după porozitatea lor aparentă avem:

produse izolatoare ușoare care au porozitatea aparentă mai mare de 45%

produse izolatoare semi-ușoare care au porozitatea aparentă între 30%-45%

produse izolatoare ultra-ușoare cu porozitatea aparentă mai mare de 75%

– după domeniul de temperatură în care pot fi utilizate materialele izolante pot fi clasificate în două categorii:

produse izolante reprezentate de materiale care pot rezista sub cota unei temperaturi maxime de 1000ºC și au greutate volumică ce variază între 0,1 și 0,8 kg/dm3

produse refractare izolante reprezentate de materialele refractare care au o rezinstență pirometrică mai mare de 1500ºC. Practic, ele trebuie să poată rezista la o temperatură superioară lui 1100ºC, greutatea lor volumică variind între 0,3 – 0,1kg/dm3.

Conductibilitate termică a unui izolant este cu atât mai mică cu cât acesta este mai ușor și rezistența sa mecanică crește cu densitatea.

– după modul de prezentare al lor, fiecare din cele două categorii de la punctul b se pot împărți la rândul lor în trei subgrupe:

materiale izolante fasonate (cărămizi, plăci, etc.)

materiale izolante nefasonate (ciment, granule, etc.)

materiale fibroase anorganice izolante (fibre ceramice,etc.)

Produsele termo-izolante fasonate reprezintă grupa cea mai importantă de refractare sau semi-refractare a căror compoziție este

cuprinsă de regulă în sistemul SiO2-Al2O3; SiO2-Al2O3 – CaO; SiO2-Al2O3 –CaO- Fe2O3- alcalii.

Din grupa materialelor semi-refractare izolante, cele mai importante sunt diatomitul, perlitul, vermiculitul, unele argile expandabile cu conținut ridicat de Fe2O3, etc. Cantitatea cea mai importantă de refractare termo-izolante se obține pornind de la argilă refractară cu 35-42% Al2O3 sau de la argilă refractară plus ghips (produse anortitice). Urmează apoi refractarele izolante cu conținut ridicat de Al2O3 (55 – 90%) și cele de silice.

De asemenea se fabrică refractare termoizolatoare pe bază de MgO; ZrSiO4;ZrO2;C, etc. Pentru a aparține unei anumite clase, produsul termoizolant nu trebuie să depășească o anumită masă volumică aparantă (ceea ce permite evaluarea mărimii conductivității termice) și nu trebuie să aibe o contracție ulterioară mai mare de 2% după încălzire timp de 24h la temperatura de întrebuințare.

Materiile prime utilizate pentru fabricarea produselor refractare termo-izolatoare sunt diferite în funcție de proprietățile dorite, de temperatura de utilizare a lor, de procedeul de fabricație, etc.

Astfel, în grupa materialelor izolante fasonate semi-refractare utilizate pentru temperaturi de până la 1000ºC sunt incluse produsele fabricate în făină de oase, verniculit, perlit, care sunt denumite în comun “izolanți termici”.

făina de oase (tripoli) – este o materie primă silicioasă constituită din reziduri de diatomee, cu structură celulară care poate fi plată, ovoidală, eliptică, triunghiulară sau poligonală. Diatomeele originare și-au pierdut prin descompunere partea organică rămânând nealterat scheletul de siliciu (85-90% SiO2). Ele sunt elemente unicelulare, microscopice, aflate la limita dintre regnul vegetal și regnul animal care se află în ape dulci, în ape freatice, în ape sărate și termale, izolate sau grupate. În unele țări, făina de oase este denumită și Kisselgur, celite, etc.

Produsele fabricate din făină de oase sunt caracterizate printr-o structură microcelulară și au o densitate cuprinsă între 0,45-1kg/dm3, temperatura lor de utilizare maximă fiind în medie de 800-900ºC, la temperaturi superioare suferind deformații cu accentuarea contracției apărând vitrificări superficiale, creșterea relativă a densității și deci, și a conductibilității termice.

b). Perlitul – este o rocă vulcanică vitroasă cu structură sferoidală perilitică, care supusă la încălzire rapidă (1000ºC) dă legături cu o umflare de aproximativ 10 ori volumul său inițial, greutatea volumică scăzând de la 2,5kg/dm3 la 0,1-0,5kg/dm3, funcție de granulometrie. Temperatura maximă de utilizare a sa este de 800-850ºC.

c). Vermiculitul – este un hidro-silicat de aluminiu și magneziu care suouse încălzirii se umflă piezându-și mai mult sau mai puțin apa sa de cristalizare după un fenomen ireversibil. Expansiunea sa este de 12 – 18 ori volumul său, cu o diminuare a greutății materialului care trece de la structura de solzi la o structură granulară umflată cu o densitate de 0,4-0,6kg/dm3, temperatura maximă de utilizare fiind de aproximativ 1000ºC.

O altă grupă o constituie materialele izolante fasonate refractare utilizate la temperaturi peste 1100ºC, situate in sistemul SiO2-Al2O3; SiO2-Al2O3 – CaO sau SiO2 – Al2O3 – CaO- Fe2O3 – alcalii, care, în funcție de domeniiul temperaturilor de utilizare și alte criterii au la bază argile refractare și caolinuri refractare, alumină, silice, șamotă din argilă refractare, diferiți lianți chimici organici și anorganici, etc.

Fabricația acestor produse termoizolatoare refractare utilizează în cele mai multe cazuri compoziția produsului compact refractar corespondent, în care se crează artificial o porozitate adițională după diferite procedee.

Ca urmare, în cazul cărămizilor refractare termoizolatoare pentru temperatura maximă de utilzare de 1480ºC, masele refractare termoizolatoare odată alese în sistemul SiO2-Al2O3, funcție de rafractaritatea dorită, respectiv de asigurarea unui comcălzire timp de 24h la temperatura de întrebuințare.

Materiile prime utilizate pentru fabricarea produselor refractare termo-izolatoare sunt diferite în funcție de proprietățile dorite, de temperatura de utilizare a lor, de procedeul de fabricație, etc.

Astfel, în grupa materialelor izolante fasonate semi-refractare utilizate pentru temperaturi de până la 1000ºC sunt incluse produsele fabricate în făină de oase, verniculit, perlit, care sunt denumite în comun “izolanți termici”.

făina de oase (tripoli) – este o materie primă silicioasă constituită din reziduri de diatomee, cu structură celulară care poate fi plată, ovoidală, eliptică, triunghiulară sau poligonală. Diatomeele originare și-au pierdut prin descompunere partea organică rămânând nealterat scheletul de siliciu (85-90% SiO2). Ele sunt elemente unicelulare, microscopice, aflate la limita dintre regnul vegetal și regnul animal care se află în ape dulci, în ape freatice, în ape sărate și termale, izolate sau grupate. În unele țări, făina de oase este denumită și Kisselgur, celite, etc.

Produsele fabricate din făină de oase sunt caracterizate printr-o structură microcelulară și au o densitate cuprinsă între 0,45-1kg/dm3, temperatura lor de utilizare maximă fiind în medie de 800-900ºC, la temperaturi superioare suferind deformații cu accentuarea contracției apărând vitrificări superficiale, creșterea relativă a densității și deci, și a conductibilității termice.

b). Perlitul – este o rocă vulcanică vitroasă cu structură sferoidală perilitică, care supusă la încălzire rapidă (1000ºC) dă legături cu o umflare de aproximativ 10 ori volumul său inițial, greutatea volumică scăzând de la 2,5kg/dm3 la 0,1-0,5kg/dm3, funcție de granulometrie. Temperatura maximă de utilizare a sa este de 800-850ºC.

c). Vermiculitul – este un hidro-silicat de aluminiu și magneziu care suouse încălzirii se umflă piezându-și mai mult sau mai puțin apa sa de cristalizare după un fenomen ireversibil. Expansiunea sa este de 12 – 18 ori volumul său, cu o diminuare a greutății materialului care trece de la structura de solzi la o structură granulară umflată cu o densitate de 0,4-0,6kg/dm3, temperatura maximă de utilizare fiind de aproximativ 1000ºC.

O altă grupă o constituie materialele izolante fasonate refractare utilizate la temperaturi peste 1100ºC, situate in sistemul SiO2-Al2O3; SiO2-Al2O3 – CaO sau SiO2 – Al2O3 – CaO- Fe2O3 – alcalii, care, în funcție de domeniiul temperaturilor de utilizare și alte criterii au la bază argile refractare și caolinuri refractare, alumină, silice, șamotă din argilă refractare, diferiți lianți chimici organici și anorganici, etc.

Fabricația acestor produse termoizolatoare refractare utilizează în cele mai multe cazuri compoziția produsului compact refractar corespondent, în care se crează artificial o porozitate adițională după diferite procedee.

Ca urmare, în cazul cărămizilor refractare termoizolatoare pentru temperatura maximă de utilzare de 1480ºC, masele refractare termoizolatoare odată alese în sistemul SiO2-Al2O3, funcție de rafractaritatea dorită, respectiv de asigurarea unui comprtament corespunzător față de temperatura maximă de lucru fixată, trebuie

fabricate având ca obiectiv prioritar obținerea unei porozități cât mai ridicate, cu o mărime optimă a porilor.

Metodele și procedeele actuale de obținere a cărămizilor refractare termoizolatoare se pot grupa după modul de creare a unei prorozități ridicate în masa materialului astfel [1][3][4]:

materiale obținute prin încorporarea de produse combustibile în masă ca : rumeguș de lemn, cocs, plută, coji de orez, paie, etc. care permite funcție de cantitatea și granulometria particulelor combustibile un control ușor al porozității și al dimensiunilor porilor și în consecință un control a l coeficientului de conductibilitate termică.

Materiale obținute prin încorporarea de substanțe sublimabile la temperaturi relativ scăzute ca : naftalină, polistiren, etc. care lasă goluri de mărime și în cantități bine conturate și totodată mai ușor datorită temperaturilor de sublimare relativ scăzute a materialelor folosite, dar prețul ridicat al materialelor utilizate limitează aplicarea acestui procedeu la produsele de înaltă refractaritate.

Materiale obținute prin încorporarea de gaze în masa produsului care constă în turnarea în forme a unei paste vâscoase care poate fi obținută în două feluri:

fie se realizează spumarea unei barbotine în care s-a adăugat un stabilizator de spumă și o substanță gonflabilă, prin agitatea mecanică obținându-se o masă ce conține bule de aer uniform dispersate. Metoda este relativ scumpă și de utilizează în general pentru produse de înaltă refractaritate.

b). Fie se provoacă printr-o reacție chimică adecvată, bule de gaz constituite în general din higrogen, acetilenă sau oxid de carbon, distribuite în masa barbotine vâscoase, rezultând în majoritate pori închiși. Metoda este foarte delicată dar controlul precis al parametrilor de frabricație permite obținerea unei dispersii regulate de bule de gaz de dimensiuni convenabile cu formă sferică și continuitate a pereților care permite obținerea unui produs cu rezistență mecanică ridicată dar o permeabilitate uneori inferioară produselor frabricate după primul procedeu.

Ambele variante presupun prelucrarea prin tăiere sau rectificare a semifrabricatelor obținute, deoarece acestea au o mare contracție la uscare și ardere, rezultând produse cu geometrie neregulată.

În domeniul temperaturilor de utilizare mai înalte de 1500ºC, cărămizile termo-izolatoare se fabrică fie prin adaosuri sublimabile fie cu adaosuri combustibile.

La oricare din procedeele enunțate, arderea reprezintă un proces energofag, deoarece caracterul termo-izolator al materialului se manifestă și la trecerea căldurii către interiorul cărămizilor supuse arderii. De aceea varietățile obținute prin utilizarea de adaosuri combustibile prezintă avantajul că se poate declanșa o ardere în interiorul masei, conducând la o încălzire mai rapidă și uniformă a produselor, reducându-se și consumul de combustibil administrat din exterior.

2.1. Scheme de flux tehnologic aferente procedeelor de fabricație

Procedeul tehnologic de fabricare a cărămizilor refractare termoizolatoare este diferit , în funcție de modul de creare artificială a porozitații adiționale în masa produsului:

– incorporarea de produse combustibile,

– Incorporarea de produse sublimabile,

– incorporarea de gaz.

1. Schema de principiu a fluxului tehnologic de fabricare a produselor refractare termoizolatoare cu incorporare de produse combustibile :

2. Schema de principiu a fluxului tehnologic de fabricare a produselor refractare termizolatoare cu ajutorul spumanților 3. Schema de principiu a fluxului tehnologic de fabricare a produselor refractare termoizolatoare cu incorporare de gaz

3. Caracteristicile fizice ale cărămizilor termoizolatoare.

Metode de analiză

Scopul determinărilor constă în a da posibilitatea de a se trage concluzii referitoare la comportarea probabilă a produselor în exploatare. Pentru ca prescripțiile fixate pentru recepție să permită o bună alegere a prosuelor, este necesar ca la stabilirea acestora să se selcționeze cu grijă diferitele proprietăți caracteristice și în același timp să se cunoască clar însemnătatea lor; mai trebuie să se țină seama de schimbările care pot interveni în condițiile de utilizare:

Densitatea – se determină prin măsurarea volumului dislocuit de unitatea de greutate (A.S.T.M. 155-68). Ea prezintă o constantă importantă a materialului; în cazul transformărilor (cuarț, silimanit), ea prezintă indicații aproximative atât asupra gradului de ardere cât și asupra variațiilor ulterioare ale dimensiunilor ce se pot produce în timpul utilizării.

Densitatea aparentă – este greutatea unității de volum a materialului refractar (inclusiv porii). Ea se determină prin dislocuirea apei sau mercurului de către proba saturată cu apă. Metoda cu mercur este considerată mai precisă, numai atunci când nu se folosesc piese cu goluri interioare care formează cu suprafața un unghi defavorabil pentru umectare.

Porozitatea se calculează din vaorile densității si a densității aparente pe baza relației:

Porozitatea aparentă (porii deschiși) corespunde produsului dintre capacitatea de absorție a apei și densitatea aparentă.

Permeabilitatea – este proprietatea unui corp solid de a se lăsa traversat de un gaz sau un lichid sub efectul unei diferențe de presiune. Ea este funcție de diametrul mediu al porilor, de lungimea lor medie și într-o măsură mai mică de porozitate.

Lucrările luii Caraman au permis ca pe baza legii lui Poiseuille să se dea o formă matematică relației de calcul a permeabilității.

Unde : Ov – suprafața specifică [cm2]

k – permeabilitate

ν – vâscozitatea cinematică

p – porozitate

Coeficientul de dilatare termică – reprezintă variația reversibilă a lungimii la o variație cu un grad Celsius a temperaturii, și este determinată de structura reticulară.

Până la temperatura de 1000ºC, dilatarea se măsoară aproape întotdeauna printr-o transmisie mecanică, realizată cui ajutorul unor tije de cuarț topit a căror de plasare esteîntrgistrată într-un mod convenabil.

La temperaturi înalte, dilatarea termică se măsoară cu ajutorul unei lunete micrometrice; o sursă luminoase foarte puternică, în raza căreia se găsesște epruveta, servește ca fond, ambele capete ale apruvetei sunt proiectate în acular și dilatarea se măsoară prin compensarea decalării capetelor.

f). Căldura specifică – este cantitatea de căldură necesară pentru a ridica cu 1ºC temperatura unității de greutate dintr-o substanță. Pentru aproape toate materialele ceramice, valoarea ei este apropiată de 0,20 și se mărește odată cu creșterea temperaturii, până la circa 0,28 Kcal/kg · ºC, care este căldura specifică medie îmtre 0 – 1300ºC.

În cazul compușilor pe bază de silicați se pot lua în considerație următoarele călduri atomice la temperatura ambiantă:

Si = 3,8; Al = 3,7; O = 4,0; H = 2,3; Ca = 6,3; Mg = 5,1

La temperaturi înalte, căldurile atomice tind către o valoare variind între 6 și 7. Pe cale grafică se poate deduce valoarea căldurii specifice reale din valoarea căldurii specifice medii determinată pe altă cale. Căldura specifică crește sensibil la apropierea punctului de topire, fapt care a condus la stabilirea expresie “ sinterizare cu topire”.

g). Conductbilitatea termică – este o proprietate importantă a materialelor refractare. Trecerea căldurii de la zona cu temperatură ridicată la zona cu temperatură mai mică dse face prin conducție, convecție sau prin radiație. În cazul rafractarelor, convecția proate fi neglijată din cauza dimensiunilor reduse ale porilor, predominând conducția pură la temperaturi joase, iar la temperaturi ridicate predomină radiația. Prin definiție, coeficientul de conductivitate termică (λ) este cantitatea de căldură care trece prin unitatea de suprafață la o diferență de temperatură de 1ºC.

Pentru determinarea conductibilității termice, sunt folosite cele mai diferite metode. Întrucât conductibilitatea termică depinde foarte mult și de condițiile de fabricație, în SUA se preferă ca determinarea să se facă pe cărămizi întregi sau pe panouri de dimensiuni mari [A.S.T.M.].

La temperaturi peste 1300ºC, măsurarea conductibilității termice devine foarte neprecisă; la aceste temperaturi au loc modificări importante ale texturii și compoziției cărămizilor, ceea ce conduce la valori cu totul diferite ale conductibilității din zona caldă. Ținând cont de aceste considerații, nu se pot emite pretenții exagerate în ceea ce privește precizia rezultatelor măsurătorilor care se folosesc la calculul cuptoarelor

Dintre determinările tehnologice care se execută asupra refractarelor termoizolatoare, cele mai importante sunt:

rezintența la compresiune la rece, se determină în diverse țări prin metode foarte asemănătoare: după DIN 1067 se taie din 10 cărămizi cilindrii cu diametrul 50mm și înălțimea de 45mm, se rectifică suprafețele pe care se va exercita sracina și se aplică apoi sarcina direct, fără piesă intercalată. De multe ori, sunt supuse la compresiune jumătăți de cărămidă, caz în care se face o egalizare a suprafeței probei cu carton sau cu ciment. Presiunea trebuie să crească cu 20 kg /cm2 în fiecare secundă. Este necesar ca operația să se facă cu multă grijă, și este important să se precizeze dacă epruveta trebuie comprimată

paralel sau perpendicular cu direcția în care s-a exercitat presarea la fabricația cărămizii.

Rezistența la deformare sub sarcină la temperatură înaltă se referă la intervalul dintre începutul deformării și deformarea rapidă (sfârșitul înmuierii sub sarcină tf corespunde unei deformări de 40%). Începutul de

înmuiere nu se observă clar decât dacă se topește o cantitate mare de eutectic; atunci când materialul refractar comportă o fază sticloasă, se întâmplă adesea ca viteza de deformare să fie la început atât de mică, îmcât nu se poate determina cu exactitate temperatura începutului de înmuiere. Din această cauză, conform DIN 1064, se consideră că o deformare de 0,6% constituie începutul de înmuiere (începutul deformării sub sarcină, td) . Aceste două valori caracteristice tf,td sunt valori convenționale și nu au nici o semnificație fizică. Din cele expuse rezultă că modul în care se execută determinările influențează asupra rezultatelor.

În conformitate cu DIN 1064, un cilindru cu diametrul 50mm și înălțimea de 50mm este supus la o sarcină de 2kg/cm2 prin intermediul unui puanson și al unei șaibe intermediare și se notează dilatarea în funcție de ridicarea temperaturii.

Pe măsură ce crește înmuierea, încetează dilatarea și apoi pe măsură ce temperatura continuă să crească, corpul cedează din ce în ce mai mult sau se rupe prin forfecare. Viteza de ridicare a temperaturii nu trebuie să depășească o anumită valoare (8ºC/min după DIN 1064), deoarece în caz contrar s-ar stabili în epruvetă diferențe prea mai de temperatură. În cazul produselor silico-aluminoase sunt posibile erori de +/- 20ºC.

Contracția ulterioară

Proprietatea esențială a unei zidării refractare constituie păstrarea configurației sale în timpul contactului cu căldura și cu fondanții. O contracție prea mare are ca efecte deschidere a rosturilor și poate chiar să antreneze prăbușirea unor anumite părți din zidărie. Rosturile întredeschise permit un atac din cinci părți, ceea ce are ca efect o mai mare sensibilitate la șoc termic. Ca urmare a contracțiilor în zonele interioare ale bolților, stabilitatea lor este foarte mult redusă. Nici dilatarea exagerată a cărămizilor nu este recomandată; ea impune rosturi mari de dilatare în zidăria pereților și este cauză unor deformări rapide și adesea neregulate ale bolților. Pentru a calcula variațiile permanente liniare sau volumetrice (DIN 1066), se încălzește o epruvetă de lungime exact determinată (DIN 1087, 1088), timp de 4 ore la temperatura de 1400, 1450 sau 1500ºC, în funcție de calitatea și solicitările la care va fi supusă zidăria.

În cazul produselor cu conținut ridicat de alumină s-a constatat că există concordanță între temperatura maximă de utilizare și variațiile liniare. La o încălzire de 4 ore, contracția ulterioară în direcția orizontală trebuie să fie mai mică de 2% (în cazul unor solicitări puternice sub 1,5%) și contracția pe verticală nu trebuie să depeșească valoarea de 0,7%( 0,2% la contracția orizontală).

Rezistența la șoc termic

Zidăria refractară este supusă în mod frecvent la variații mari de temperatură, care se propagă în interioarul cărămizii sub formă de unde de temperatură, motiv pentru care în multe cazuri se cere ca produsul refractar să prezinte rezistență la șoc termic.

O mare sensibilitate la diferențe de temperatură se manifestă prin fisurarea cărămizii în timp ce o sensibilitate slabă duce la o exfoliere (spalls).

Deteriorările produse pot fi atribuite:

influențelor termice, cum ar fi mărimea și rapiditatea variațiilor de temperatură, precum și nivelul de temperatură la care au loc acestea; efectul acestor variații asupra cărămizii depinde de mărimea și constanța coeficientului ei de dilatare, de proprietățile ei elastice și plastice și de conductibilitatea ei termică;

influențelor mecanice, cum ar fi tensiunile locale inegale sau excesive, provocate de dilatarea termică sau de construcția zidăriei. Atunci când rosturile de dilatare sunt mici sau când linia presiunilor din zidărie s-a deplasat, tensiunile acționează cu mai multă intensitate în direcția feței calde; în acest cat, o fasonare potrivită sau o elasticitate și o rezintență mecanică sufiecient de bună sunt favorabile pentru cărămidă.

modificărilor de textură, cum ar fi dilatarea sau contracția și verificarea la temperatură înaltă, sau absorbția de elemente străine

sau de fondanți, a căror migrație constituie caiză formării unei zone cu coeficienți diferiți de dilatare.

Conductivitatea termică a majorității materialelor refractare nu diferă decât foarte puțin. Raportul dintre sarcina de rupere și modulul de elasticitate corespunzător este și el aproximativ egal pentru numeroase materiale, astfel încât rezistența la șoc termcic este de fapt determinată în special de coeficientul de dilatare termică și de mărimea cărămizilor.

Pentru determinarea rezistenței la șoc termic a produselor refractare se folosește în mod frecvent metoda răcirii în aer a unor

epruvete obținute din cărămizile livrate, repetând aceste răciri până la ruperea epruvetelor sau până la fărâmițarea lor cu mâna.

În SUA se folosește metoda de încercarea a rezistenței la șoc termic pe un panou zidit care face parte dintr-o cameră de combustie și înainte de răcire, este supus la temperatură ridicată un timp destul de lung pentru a se reproduce condițiile din exploatare. Diversele tipuri de cărămizi silico – aluminoase se încălzesc timp de 24h la diferite temperaturi, folosind de fiecare dată o diagramă de ardere bine precizată. La incercarea cărămizilor refractare termo – izolatoare, temperatura pentru încălzirea prealabilă este fixată astfel încât să rezulte o contracție liniară a cărămizilor de circa 1,5%.

PARTEA EXPERIMENTALĂ

4. LUCRĂRILE EXPERIMENTALE EFECTUATE

În cadrul lucrărilor experimentale efectuate s-a propus realizarea unei rețete pentru fabricarea unui sortiment de cărămizi termo -–izolatoare refractare, cu temperatură maximă de utilizare de 1480ºC, temperatură care a devenit foarte curentă și obișnuită în cuptoarele tunel și cameră din industria silicaților tehnici, la unele cuptoare de sticlă specială, în diverse cuptoare din industria metalurgică și pentru construcția de mașini.

Acest tip de cărămizi termo – izolatoare refractare se folosesc în unele cazuri împreună cu un alt sortiment superior ca și temperatură maximă de utilizare.

Datorită prețului relativ ridicat a acestui tip de cărămizi refractare studierea lor a devenit interesantă pentru România, aceste materiale fiind folosite la o scară tot mai largă și în construcția, întreținerea și repararea unor cuptoare pentru temperaturi înalte, dar și în alte locuri de utilizare ale industriilor chimice. (de exemplu Industria AtomoElectrică).

4.1 PROCEDEUL TEHNOLOGIC URMĂRIT

În vederea elaborării unui procedeu tehnologic de fabricație s-au avut în vedere materiile prime accesibile existente în țară cât și semnalările literaturii [1][3][4][5][6][7][8], privind fabricația unor asemenea materiale refractare termoizolante. Astfel s-au stabilit de la bun început următoarele direcții tehnologice:

materiile prime de bază să asigure o compoziție cu un conținut de minim 62% Al2O3

materiile prime utilizate să nu introducă în compoziție fondanți în cantitate mare, deoarece aceștia au un efect negativ asupra produsului

fasonarea produselor să se execute prin vibro – presare

arderea produselor să se facă într-un cuptor tunel cu vagoneți, iar durata ei să poată fi scurtată la minim prin praticarea adaosurilor combustibile în masa produsului, urmărind și crearea unor microfisuri uniform distribuite în masă, pentru a se prelua tensiunile provenite din șocurile termice provocate de o ardere cât mai rapidă a produselor

ca adaosuri combustibile să se utilizeze făina de lemn de foioase care să lase cenușă puțină la ardere și să nu ducă la creșterea conținutului de fondanți care duc la înrăutățirea caracteristilor și comportamentului la temperaturi ridicate ale materialelor

conținutul în Fe2O3 sub 1%

4.2 MATERIILE PRIME UTILIZATE

Pentru obținerea sortimentului propus de cărămizi refraxtare termoizolatoare s-a apelat la următoarele materii prime de bază:

Alumina calcinată AA0 – conține oxidul de aluminiu sub formă de α -Al2O3. Această alumină se prezintă sun formă de pulbere albă cu particule între 25 și 80 μm în proporție de minim 60%, masă specifică de 3,85g/cm2 și un conținut de minim 85% α -Al2O3. Materiile prime pentru obținerea aluminei calcinate sunt bauxitele, compușii de aluminiu sau aluminiul metalic. α -Al2O3 este foarte stabilă d.p.d.v. chimic, fiind atacată doar de HF(acidul fluorhidric) și H3PO4(acidul fosforic). În funcție de temperatură și mineralizatorii folosiți la calcinare, aluminele calcinate conțin în cantități mici și formele cristaline de tranziție ale Al2O3.

α -Al2O3 este forma stabilă a Al2O3 care rămâne transformată și la răcire. Ea are o temperatură de topire de 2040-2050ºC și o duritate de 9 pe scara Mohs.

Caolinul refractar se caracterizează printr-un înalt grad puritate și o contracție mică la ardere. Constituientul principal al substanței

argiloase este caolinitul Al2O3 · 2 SiO2 · 2H2O, cu o structură a rețelei cristaline caraczterizate prin prezența unui singur tip de foaie elementară formată din două straturi:

un start de tetraedrii [SiO4]4-

un strat de octaedrii [AlO6]3-

La încălzire caolinitul suferă o serie de transformări cu restructurarea rețelei.

Astfel:

Al2O3 · 2 SiO2 · 2H2O Al2O3 · 2 SiO2 + 2H2O↑

Caolinit metacaolinit

2(Al2O3 · 2 SiO2) 2Al2O3 · 3SiO2 + SiO2

metacaolinit spinel

3(2Al2O3 · 3SiO2) 2(3Al2O3·2SiO2)+ 5SiO2

mullit

Mullitul care se formează în timpul arderii reprezintă o fază cristalină foarte importantă, întrucât îmbunătățește proprietățile mecanice, termice, electrice și chimice ale produselor arse.

Aceste materii prime se prezintă sub forma unor pulberi fine tocmai pentru creșterea vitezei de formare a mullitului rezultat din recombinarea SiO2 și Al2O3, provenite din caolinit cu Al2O3 din alumina introdusă în

compoziție. Deci, caolinul are rolul de liant între granulele de aluminiu care imprimă refractaritatea dorită produsului ars.

Pe lângă aceste materii prime principale ss-au mai introdus și alte materii prime secundare.astfel, ca adaos pentru crearea porozității s-a apelat la făina din lemn de foioase care prezintă avantajul unei fineți mari (trece intregral prin sita cu ochiuri de 0,25mm) și uniforme și se aprinde la temperaturi mai ridicate decât cea de rășinoase (către 400ºC) care este mai elastică și se aprinde brusc la temperaturi joase. Acest lucru este de mare importanță spre a nu se declanșa o ardere bruscă și în domeniul de temperaturi la care încă se mai elimină apa de umiditate din material, ceea ce ar provoca fisurarea materialului presat supus încălzirii cu afectarea texturii acestuia.

Pe de altă parte, făina de lemn nu lasă decât maxim 0,2% cenușă la ardere, respectiv nu duce la creșterea conținutului de fondanți care ar duce la înrăutățirea caracteristicilor de comportament la temperaturi ridicate ale materialului.

Ca liant, pe lângă caolin, pentru întreaga plajă de temperaturi (de la cea de fasonare până la cea de ardere) s-a apelat la monofosfatul de aluminiu, ca liant chimic tot mai de utilizat în fabricația materialelor cu un înalt conținut de Al2O3, deoarece formează la temperaturi înalte compusul AlPO4, cu refractaritate ridicată și rezistențe mecanice foarte mari.

Al(H2PO4) AlPO4 AlPO4 AlPO4

Monofosfat de Al tip Berlinit tip Tridimit tip Cristobalit

Acest liant își dezvoltă rezintențele mecanice încă de la faza de uscare atingând deja la 200-250ºC maximul, interval în care rezistența produselor scade datorită eliminării volatilelor, ceea ce prezintă mari avantaje tehnologice (pentru stivuirea, manipularea și transportul cărămizilor fabricate).

Având în vedere faptul că toate materiile prime principale și făina de lemn sunt sub formă pulverulentă, depozitarea lor de face în buncăre de depozitare, iar monofosfatul de aluminiu se depozitează în butoaie de tablă.

4.3 SCOPUL LUCRĂRILOR EXPERIMENTALE.

REȚELELE UTILIZATE

Lucrările experimentale utilizate au avut drept scop realizarea unei rețete optime de fabricație a cărămizilor refractare termoizolatoare utilizate în vederea unui produs cu caracteristici comparabile cu produsele similare fabricate de firme cu renume pe piața mondială (Johns Manville, Styrozell, Savoie refractaires, etc.), din materii prime ușor accesibile și eficient d.p.d.v. economic.

Astfel s-au experimentat următoarele rețete:

Făina de lemn, apa și monofosfatul de aluminiu s-au introdus în rețetă peste 100%.

Rețelele studiate au urmărit:

efectele introducerii unor cantități diferite de făină de lemn în compoziția produsului crud.

efectele lungimii palierului de temperatură maximă asupra texturii și asupra caracteristicilor de comportament ale materialului ars.

efecte asupra texturii și caracteristicilor de comportament ale materialului crud și ars date de metoda de fasonare.

4.4 PROCEDEE DE PREPARARE – DOZARE – AMESTEC –

PRESARE – USCARE – ARDERE

Pornind de la ideea obținerii unei rezistențe suficiente a semifabricatului crud fără a se apela la forțe mari de presare care ar compacta excesiv produsul (care trebuie să rămână poros și ușor) au putut fi deduse următoarele faze și operații de lucru descrise în continuare.

4.4.1 PREPARAREA MATERIILOR PRIME

Alumina calcinată se prezintă sub formă de pulberi fine, motiv pentru care, nu mai necesită nici o prelucrare.

Caolinul se prezintă sub formă de bulgări, motiv pentru care, a necesitat o prelucrare anterioară introducerii lui în masă. In acest scop, caolinul a suferit o sfărâmare mecanică într-un mojar, iar în final a fost trecut printr-o sită (particule mai mici decât 40μ).

Făina de lemn și monofosfatul de aluminiu nu necesită prelucrări anterioare, fiind luate în lucru ca atare.

Deci materiile prime odată preparate, se poate trece la dozarea lor în vederea pregătirii amestecului.

4.4.2 DOZAREA MATERIILOR PRIME

Datorită faptului că atât materiile prime utilizate cât și făina de lemn sunt pulverulente, al căror folos specific poate fi alterat de diverși factori (tasări, scurgeri de la înălțimi diferite într-un vas, etc.), dozarea lor s-a executat prin cântărire la balanța farmaceutică pentru a evita riscul erorilor de dozare.

4.4.3 AMESTECAREA MATERIILOR PRIME

La amestecare, s-a constatat că ordinea adăugării materiilor prime și a adaosurilor (mai ales a celor lichide) are o importanță deosebită asupra omogenității masei obținute.

Astfel, a fost stabilită ca optimă, atât după aspect cât și după comportamentul la presare al materialului amestecat următoarea ordine de amestec:

apa împreună cu monofosfatul de aluminiu s-au amestecat separat într-o altă capsulă, rezultând o soluție diluată de monofosfat.

Făina de lemn cântărită separat s-a amestecat cu soluția de monofosfat de aluminiu, operație absolut necesară, altfel, făina de lemn provoacă o stratificare la presare din cauza elasticității sale în stare uscată.

Peste amestecul de făină de lemn și monofosfat de aluminiu se introduce apoi alumina calcinată. Prin acesct amestec se realizează o îmbrăcare a particulelor de făină de lemn într-un strat de alumină calcinată care se umectează și el la suprafață.

– Caolinul se cântărește separat și apoi se amestecă cu amestecul precedent, fiind ultimul care se adaugă, pentru a se realiza o distribuție uniformă sub formă peliculară pe toate granulele umectate în prealabil prin contactul intim cu făina de lemn înbibată cu soluția de monofosfat.

Prin această ordine de amestec, probabil ca monofosfatul de aluminiu diluat în apă și absorbit de făina de lemn, reușește să lege aceste particule de cele de alumină și caolin, obținându-se astfel niște granule mici de amestec îmbrăcate la exterior într-un strat fin de argilă. Acest lucru s-a presupus, deoarece, în final, s-a obținut o rezistență bună a produsului presat crud (indiferent de rețetă), permițând manipulare ușoară și fără deteriorarea sa, iar după ardere s-au obținut produse cu rezistențe mecanice bune și densități relativ mici, lucru ce se explică prin formarea porilor mici și închiși în interiorul granulelor astfel formate, prin dispariția făinii de lemn după ardere.

4.4.4 PRESAREA PROBELOR

Presarea probelor s-a efectuat cu aplicarea unei forțe de 75daN/cm2 pentru a nu distruge structura astfel creată, pentru a se permite și ieșirea aerului din materialul presat și evitarea stratificării.

Viteza de presare a fost relativ rapidă, folosindu-se presa hidraulică. Menționez că, din lipsă de utilaje (masă vibratoare), presarea s-a făcut la presă hidraulică și nu prin vibropresare, și de aici, se va putea observa că produsele vor avea proprietățile influențate de metoda de fasonare. De fiecare dată, în matriță au fost introduse câte 120g din amestec, indiferent de rețetă.

4.4.5 USCAREA PROBELOR

Uscarea cilindrilor presați s-a efectuat în etuvă timp de 18h la temperatură de cca. 100ºC.

În urma uscării nu s-au observat stratificări ale probelor, indiferent de rețetă. Totodată, s-a evidențiat efectul liant al monofosfatului de aluminiu în amestec cu caolinul, rezistența produselor uscate permițând o manipulare ușoară, fapt care prezintă avantaje în stivuirea pe vagoneți la arderea produselor în cuptorul tunel. Acest lucru este foarte important deoarece se permite stivuirea chiar și până la înălțimi de 1-1,2m, eliminându-se stivuirea acestor cărămizi împreună cu alte sortimente de refractare mai dense (cu rezistențe mecanice mai bune) care ar forța o adaptare forțată a curbelor de ardere ale celor două sortimente (ușoare – termoizolatoare și dense) realizate de obicei cu un compromis nu tocmai avantajos pentru producători.

4.4.6 ARDEREA PROBELOR

Arderea probelor s-a efectuat în același cuptor până la temperatura maximă de 1350ºC, când s-a practicat o diagramă de ardere foarte scurtă: 20 – 1350ºC în trei ore.

Arderea rapidă a permis verificarea stabilității și integrității produsului supus unor condiții de eliminare a gazelor și volatilelor din material și de șoc termic. Menționez că toate probele, indiferent de rețetă, au rămas întregi, nefisurate.

Rezistențele la compresiune au fost influențate atât de procentajul în făină de lemn peste 100% adăugată în rețete și de

lungimea palierului de temperatură maximă care a permis apariția unor cantități diferite de fază mullitică.

De asemenea, procentajul în făină de lemn și lungimea palierului de temperatură maximă au afectat porozitatea produsului, acest lucru observându-se din valorile densitățiilor.

Aspectul general aprodusului ars evidențiază o distribuția unifomră a porilor, fără stratificări sau neomogenități. Produsul ars are o culoare albă, uniformă, ceea ce permite și mai bine aceste treceri.

Difractograma probei arse la 1500C în cuptor relevă formarea corespunzătoare a mullitului(fig.4.4.6-1) care imprimă produsului rezistențe la compresiune bune.

4.5 DETERMINĂRILE EFECTUATE

4.5.1 DETERMINAREA DENSITĂȚII APARENTE

Densitatea aparentă se obține împărțind greutatea epruvetei în stare uscată la volumul său aparent [g/cm3].

Se determină volumul aparent prin cântărirea cu precizie de 0.05g la balanța hidrostatică (fig.2).

Se aduce balanța în stare de echilibru având dispozitivul suport (1) cufundat în lichid în vasul (2).

Epruvetele pregătite cu muchiile puțin rotunjite, fără fisuri sau defecte vizibile și curățate de materialul slab aderent de pe suprafață se așează pe platanul din stânga al balanței hidrostatice și se cântăresc. Se saturează epruvetele cu lichid (apă) prin fierbere timp de 1h, după care se lasă vasul să se răcescă (epruvetele se scot reci pentru a împiedica evaporarea apei absorbite). Se șterg epruvetele saturate cu o cârpă umedă și se cântăresc din nou.Se introduce dispozitivul suport în vasul (2) cu lichid (apă) și se aduce balanța la echilibru.

Volumul aparent se calculează cu relația:

unde:

G1 – greutatea epruvetei saturate în lichid (g)

G2 – greutatea epuvetei saturate în lichid și cântărite în lichid (g)

ρ0 – densitatea lichidului (g/cm3)

Densitatea aparentă se calculează cu relația:

unde: – G – greutatea epruvetei uscate [g]

4.5.2 DETERMINAREA POROZITĂȚII

Porozitatea totală este raportul dintre volumul total al porilor și volumul aparent al materialului [%].

unde: – ρ – densitatea materialului [g/cm3]

ρa – densitatea aparentă a materialului [g/cm3]

Porozitatea aparentă este raportul dintre volumul porilor deschiși și volumul aparent al materialului.

unde: – a– absorbția de lichid [%]

– ρ0 – densitatea lichidului în care se cântărește [g/cm3]

4.5.3 DETERMINAREA REZISTENȚEI LA COMPRESIUNE

Rezistența la compresiune se determină conform STAS 126-64 la prese hidraulice pe epruvete cilindrice cu diametrul și înâlțimea de 50+/- 1mm.

Aplicarea sarcini se face pe direcția în care a fost presat produsul la fabricare. Se aplică o sarcină asupra epruvetei, care crește treptat până la distrugerea epruvetei.

Sarcina maximă care a determinat distrugerea epruvetei, raportată la suprafața inițială a acesteia reprezintă rezistența la compresiune. Nu se admit pentru determinări pruvete cu defecte vizibile (fisuri, crăpături, etc.).

4.5.4 DETERMINAREA CONTRACȚIEI (DILATĂRII)

ULTERIOARE DUPĂ ÎNCĂLZIRE LA TEMPERATURA MAXIMĂ DE UTILIZARE

Determinarea contracției (dilatării) ulterioare la temperatura maximă de utilizare se face conform STAS 127-76,

Metoda constă în măsurarea volumului epruvetei înainte și după încălzirea un timp dat la temperatura de utilizare, într-un cuptor cu atmosferă neutră sau slab oxidantă, și răcire la temperatura mediului ambiant.

Determinarea volumului epruvetelor se face înainte de încălzire conform STAS 125-73 prin metoda fierberii.

După încălzire și răcire la temperatura mediului se determină din nou volumul epruvetelor.

Schimbarea permanentă a volumului (contracția sau dilatarea) ΔV,[%] se calculeată cu relația:

unde: – V0 – volumul epruvetei înainte de încălzire[cm3]

– Vt – volumul epruvetei după încălzire la temperatura maximă de utilizare t [cm3]

Rezultatul încercării este media aritmetică a valorilor obținute pe fiecare epruvetă.

Nu s-a determinat din lipsă de aparatură de laborator.

4.6 REZULTATE OBȚINUTE

În urma determinărilor experimentale pe cele trei probe, P1,P2,P3, s-au obținut următoarele date experimentale, tabelate după cum urmează:

Tabelul 4.3

Diametrul mediu al epruvetelor a fost 4,7 cm iar suprafața medie a secțiunii a fost 17,34 cm2.

4.7 CONCLUZII

Supuse unor determinări finale, probele arse au caracteristicile finale prezentate în tabelul 4.3.

Deoarece nu s-au dispus de temperaturi mai mari, la cuptorul utilizat pentru arderea produselor nu s-a atins performanțele maxime pentru acest tip de produse. Este însă de presupus că arderea la nivele superioare de temperatură poate conduce la îmbunătățirea rezistenței mecanice chiar dacă se va înregistra o ușoară densificare suplimentară tolerabilă.

Dacă s-ar fi putut folosi metoda de fasonare prin vibropresare este de presupus faptul că porozitatea aparentă a produselor ar fi crescut, densitatea aparentă ar fi scăzut, rezistența la compresiune ar fi scăzut și ea dar produsele ar fi avut un efect izolator mult mai pronunțat.

Aspectul și mărimea porilor (sub 0,3mm) și existența unei rețele foarte uniforme de microfisuri în masă, permite aprecierea că și conductivitatea termică ar putea avea valori cuprinse în limitele date în literatură de producătorii consacrați (0,44 – 0,48 W/mgrad la 1200C). Această probă nu s-a efectuat din lipsă de aparatură,

Din datele prezentate în tabelul 4.3 se poate observa faptul că deși rezistențele meccanice ale probei P2 ar trebui să fie cele mai mari datorită palierului de temperatură maximă de 4h (când ar trebui să se formeze mai mult mullit) acestea sunt mai mici decât rezistențele mecanice ale probelor P1 și P3. Explicația ar putea fi formarea unei rețele cristaline care scade rezistențele mecanice prin inducerea de tensiuni interne.

MEMORIU JUSTIFICATIV

5. DIMENSIONAREA TEHNOLOGICĂ A UTILAJELOR DIN CADRUL FLUXULUI TEHNOLOGIC DE OBȚINERE A CĂRĂMIZILOR REFRACTARE TERMOIZOLATOARE

ÎNCADRAREA CU UTILAJE A FLUXULUI TEHNOLOGIC

5.1. DESCRIEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Pentru proiectarea unei linii tehnologice de fabricație a cărămizilor refractare termoizolatoare, s-a ales procedeul semiuscat de fabricație cu metoda de fasonare prin presare hidraulică.

Având în vedere constatările efectuate la partea experimentală de elaborare a produsului s-a ales ca fiind optimă schema tehnologică prezentată în fig. 5.1, utilizând rețeta [P3]:

alumină calcinată AA0 33%

caolin Ucraina 67%

făină de lemn 15% (peste 100%)

monofosfat de aluminiu soluție 5% – 40cm3/100g amestec (alumină + caolin)

5.1.1. DEPOZITAREA MATERIILOR PRIME

Caolinul refractar si alumina necesare procesului de fabricație sosesc in fabrica in vagoane cu autodescarcatoar tip gondola de 50t si in vagoane deschise sau acoperite de 10-15t .Calitatea materiilor prime se controleaza dupa avizele de expeditie si certificatele de calitate .

Buncărul pentru pulberi – se utilizează pentru depozitarea materiilor prime pulverulente (alumină calcinată, caolin, făină de lemn) și evacuarea acestora prin cădere liberă (fig.5.1.1).

Buncărul utilizat pentru depozitarea făinii de lemn este căptușit la interior cu lemn pentru a se evita aprinderea și explozia materialului pulverulent.

Fig. 5.1.1 Buncăre pentru depozitarea materialelor pulverulente

Utilajul de compune din două subansamble principale: corp, pâlnie de încărcare.

Corpul este un subansamblu construcție sudată format din virolă cilindrică, fund conic și patru suporți laterali.

Pâlnia de încărcare este un subansamble construcție sudată format dintr-o virolă cilindrică, pâlnie conică și flanșă de cornier, prevăzut cu un capac detașabil.

Buncărul se reazămă prin intermediul suporților laterali pe patru picioare din U12.

Golirea se face prin partea inferioară a buncărului printr-un ștuț de secțiune cilindrică cu Ф=220mm.

Pentru alumina calcinată se utilizează un buncăr cu următoarele caracteristici tehnice:

capacitatea – 8m3

dimensiuni de gabarit – Ф=2300x6300mm

masa netă – 1250kg

Pentru caolin Ucraina și făină de lemn se utilizează câte un buncăr cu următoarele caracteristice tehnice:

capacitatea – 4m3

dimesiuni de gabarit – Ф=1200x3150mm

masa netă – 627kg [11]pag.82

Depozitarea materiilor prime se va face în silozuri care sunt recipiente prismatice sau cilindrice confecționate din tablă de oțel sau beton armat. Silozurile servesc pentru depozitarea materiilor prime (alumină calcinată, caolin) pe perioade mai lungi.

Înălțimea recipientului este mai mare decât dimensiunile secțiunii, iar înălțimea fundului trebuie să fie mai mică decât jumătate din înălțimea părții prismatice sau cilindrice.

Monofosfatul de aluminiu soseste in vagoane inchise ,tip cisternă sau în butoaie de tablă . Depozitarea monofosfatului de aluminiu se face în depozite acoperite, în butoaie de tablă.

Apa se alimentează prin conducta de la rețeaua de apa industrială.

Făina de lemn se primește de la furnizori ambalată în saci de hârtie și se depozitează în depozite acoperite, ferite de umezeală.

Pentru alimentarea fluxului tehnologic, materiile prime utilizate se depozitează pe perioade mai scrute în apropierea secției de dozare – preparare.

Astfel, alumina calcinată și caolinul se aduce prin transport de la silozurile de depozitare și se depozitează în buncăre cu capacitatea de material necesară pentru o zi. Făina de lemn se aduce de la magazie cu ajutorul motostivuitoarelor și se depozitează într-un buncăr căptușit cu lemn la interior cu capacitatea necesară pentru o zi.

Monofosfatul de aluminiu se aduce de la magazie cu ajutorul motostivuitoarelor și se depozitează într-un rezervor prevăzut cu un agitator pentru omogenizare, cu capacitatea necesară pentru o zi.

5.1.2 Pregătirea materiei prime

Deși în general materiile prime sunt primite în stare pulverulentă, în cazul achiziționării de caolin sub formă de bulgări , se va folosi concasorul cu falcă articulată.

Concasorul cu falcă articulată (fig. 5.1.2 a) este folosit la mărunirea materiilor prime plastice aflate in stare de bulgări .

Fig.5.1.2 a-Concasorul cu falcă articulată

Se va utiliza un concasor cu miscarea simpla a falcii oscilante :

Caracteristici :

gura de alimentare : 400 x 600 mm

diametrul maxim al materialului de alimentare : 300-320 mm

fanta de evacuare : min. 40 mm , max. 100 mm

productivitate 9 – 24 m3/h , functie de fanta de evacuare

unghiul de inchidere a falcii mobile la fanta minima : 22º

putere necesară : 24 kW

putere instalată : motor electric 300 kW , 1000 rot/min , 380/660 V

greutate concasor : 5700 kg , greutate concasor+antrenare : 6960 kg

gabarit : lungime 1570 mm , latime 1600 mm , inaltime 1745 mm

Amestecătorul cu elice:

Caracteristici tehnice [11 pagina 84]:

mediu de lucru: apă + monofosfat de aluminiu

presiunea atmosferică

temperatura: 299ºK (26ºC)

Fig. 5.1.2. b Amestecător cu elice

capacitatea vasului: 1300l

puterea agitatorului:0,75KW

turația agitatorului: 1000rot/min

diametrul elicei:160mm

dimensiuni de gabarit: ф=1270x2390mm

masa netă:466kg

Ciur vibrator

Acest tip de utilaj este folosit pentru a impiedica trecerea granulelor de dimensiuni mai mari spre următoarele faze ale fluxului tehnologic. Se pot monta site cu ochiuri de diferite dimensiuni .

Fig. 5.1.2 c –Ciur vibrator

Caracteristici:

element de actionare : vibrator electric exterior 380 V , putere 0,75 kW

frecvența vibrațiilor 3000 vibr./min

forța perturbațiilor reglabilă

numărul de site : 1

suprafața activă a sitei 600 x 900

gabarit : lungime 1250 mm , lățime 950 mm , înățime 800 mm

greutatea elementului de acționare : 18 kg

greutate totală : 258 kg

5.1.3. TRANSPORTUL MATERIILOR PRIME

Transportorul cu bandă mobil și reversibil se folosește la transportul materiilor prime de la concasor la boxe , de la gura elevatorului la buncărele pentru materii prime , de la cântarul vagonet la gura amestecătorului.

Caracteristici :

Dispozitiv de antrenare

lungimea benzii : 5000 – 12000 mm

lățimea benzii : 500 mm

profil bandă : concav 20o

viteza benzii : 0,8 m/s

debit 54 t/h

putere instalată : 1,1 kW

Dispozitiv de deplasare

motor electric 0,4 kW , 1350 rot/min

viteza de deplasare 0,05 m/s

Elevatorul cu bandă

Este utilizat la ridicarea materialului adus cu autoîncarcătorul de la boxe până la buncarele de materii prime situate la un nivel superior .

Este necesar si suficient un elevator .

Caracteristici :

înăltimea de ridicare : 3 – 25 m

productivitate : 3 – 117 m3/h

greutatea volumetrică a materialului de ridicat : max. 3 t/m3

nu transportă materiale calde

viteza de deplasare a cupelor : 1 – 1,6 m/s la descarcare mixtă , respectiv 0,4 – 0,63 m/s la descărcare gravitațională

coeficient de umplere a cupei : 0,6

productivitate : 8 – 13 m3/h

diametrul tobei de acționare 400 mm , respectiv de intindere 320 mm

lățimea benzii : 200 mm , lațimea tobei : 250 mm

numărul de inserții : 4

dimensiunile interioare ale tronsonului b x c mm : 800 x 320 mm

5.1.4. DOZAREA MATERIILOR PRIME

Dozarea materiilor prime se va executa prin cântărire, având în rețetă doar materii prime pulverulente și făină de lemn, al căror volum specific poate fi alterat de diverși factori (tasări, scurgeri de la înâlțimi diferite, etc.) existând riscul erorilor de dozare.

În acest scop, se va utiliza dozarea cu cântar mobil a mai multor componenți fiind cel mai flexibil sistem de dozare, asigurând rezolvarea unei multitudini de rețete.

Fig 5.1.4-Cântar mobil

Cântar mobil (fig 5.1.4)– se utilizează pentru cântărirea componenților rețetei și golirea lor în pâlnia de alimentare a amestecătorului.

Avantajele acestui cântar sunt:

este cel mai flexibil sistem de dozare asigurând practic rezolvarea unei multitudini de rețete.

este destul de precis

Dezavantajele acestui sistem constau în:

necesitatea unui spațiu mai mare

datorită mișcării cântarului odată cu căruciorul de transport îi este afectată precizia

Pentru satisfacerea nevoilor din flux se alege un cântar mobil (fig.5.3) cu capacitatea cupei de 1m3.

5.1.5. AMESTECAREA MATERIILOR PRIME

La faza de amestecare, se va ține cont de următoarea ordine de amestecare: monofosfat de aluminiu + făină de lemn + alumină + caolin după cum s-a arătat în cadrul lucrării experimentale.

Amestecarea monofosfatului de aluminiu cu apa se va face într-un amestecător cu elice.

Amestecătorul optim pentru realizarea unei amestecări a materialului compus din pulbere de aluminiu și argilă amestecată cu soluția de apă cu monofosfat îmbibată în făina de lemn este amestecătorul Eirich(fig 5.1.5).

Fig.5.1.5 Amestecătorul Eirich-schiță

Amestecătorul Eirich are ca și metodă de omogenizare învârtirea materialului în contracurent, cu rotoarele pentru amestecare montate excentric înăuntrul cuvei pentru amestecare.

Acest tip de amestecător poate fi folosit cu succes pentru toate tipurile de consistențe ale materialelor de la uscate la plastice sau lichide în funcție de forma rotoarelor (fig. 5.1.5-a).

De asemenea există posibilitatea răcirii sau încălzirii cuvei pentru aplicații speciale. Prin viteza de rotație mare se produce o forța de fricțiune relativ mare care combinată cu impactul materialului de părțile constructive are ca efect o bună amestecare.

Permite amestecarea în același timp a materialelor solide, lichide și pot fi chiar injectate gaze sau abur prin intermediul unei conducte pentru injecție.

Fig. 5.1.5-b Rotor

Amestecătorul Eirich poate fi utilizat până la temperatura de 250C, poate fi fabricat din materiale speciale care să îl facă rezistent la atac acid sau la oxidare.

Încărcarea și descărcarea se fac relativ ușor datorită faptului că, cuva poate fi rabatabilă.

Date caracteristice pentru amestecătorul Eirich:

greutate maximă de umplere: 800Kg

mod de operație intermitent sau continuu

capacitatea maximă a motorului pentru rotor de mare viteză: 60 CP

greutatea și numărul tamburilor de amestecare: 270kg 2buc

greutatea mașinii: aproximativ 3000kg

5.1.6. PRESAREA AMESTECULUI

Presarea amestecului se va face cu ajutorul unei prese hidraulice cu aplicarea unei forțe astfel încât să permită ieșirea aerului din materialul presat și evitarea pe cat posibil a stratificării.

Presa hidraulică (fig. 5.1.6) – se utilizează pentru presarea semiuscată a cărămizilor refractare termoizolatoare cu dimensiuni de 250x124x64mm.

Caracteristici tehnice:

forța totală de presare: 1000KN

diametrul pistonului de presare:250mm

format maxim presabil:250x250mm

înălțimea maximă a formei:80mm

productivitatea:7-10 presări/min

După presare produsele sunt sortate înlăturându-se cele necorespunzătoare, iar cele bune sunt așezate pe vagoneți în stelaje.

Fig 5.1.6 Presă hidraulică

În cazul presării prin vibrare oprația se execută pe masa vibratoare în matrițe de diferite dimensiuni corespunzătoare profilului cerut.

Materialul introdus în matrițe se presează cu ajutorul unor plăci metalice ce exercită asupra materialului o forțe de aproximativ 0,2 kg/cm2. Se poate varia amplitudinea și numărul vibrațiilor cu efecte aspura compactității produselor astfel fasonate.

5.1.7. USCAREA PRODUSELOR

Produsele așezate pe stelajele vagoneților se vor usca mai întâi natural după care se vor transporta la uscătorul tunel, unde vor suferi o uscare artificială la cca. 110ºC timp de 10-12h.

Produsele scoase din uscător se transportă la cuptorul tunel pentru încărcarea pe vagoneți și ardere.

5.1.8. ARDEREA PRODUSELOR

Cuptorul tunel (fig 5.1.8 a) cu deplasarea liniară a produselor este constituit dintr-un canal a cărui lungime atinge uneori 150m sau chiar mai mult. Este construit din cărămizi refractare și termoizolatoare, fiind acoperit cu o boltă în arc sau uneori cu o boltă plană suspendată.

Cuptoarele tunel pot cuprinde mai multe canale, dispuse în paralel, iar uneori chiar suprapuse.

Produsele supuse procesului termotehnologic parcurg cuptorul de la un capăt la celălalt, iar aerul și gazele de ardere se deplasează în sens invers.

Variatatea de construcții a cuptoarelor pentru industria silicaților tehnici este destul de mare, se întâlnesc diverse tipuri constructive, cu capacități variind într-un domeniu foarte larg – de la cuptoarele microtunel cu un volum util de 1m3 al canalului de ardere și până la cuptoarele tunel pentru arderea tuburilor de bazalt, al căror volum util depășește 1000m3.

Canalul de ardere poate fi prevăzut, pe întreaga lungime sau numai pe anumite zone, cu mufe, în cazul în care nu se admite contactul direct între produse și gazele de ardere.

Răcirea produselor se poate face direct, printr-un curent de aer, sau indirect, prin intermediul unor suprafețe de radiație răcite cu ajutorul unui curent de aer sau apă. Cuptoarele tunel se deosebesc deci foarte mult de celelalte instalații termotehnologice și în același timp se deosebesc unele de alte prin elemente constructive, prin modul de introducere a combustibilului și prin schemele de distribuire a aerului și a produselor de ardere.

În timpul trecerii prin cuptorul tunel materialele ce se ard, parcurg succesiv trei zone distincte:

zona de preâncălzire a produselor crude

zona de ardere

zona de răcire a produselor arse

Zona de preâncălzire – trebuie să asigure încălzirea produselor în contracurent, în mod uniform, la gradienți termici cât mai mici posibili, pe întreaga secțiune transversală a canalului și cu respectarea vitezei de încălzire presrisă prin diagrama de ardere.

Procesul de încălzire trebuie astfel condus încât să se utilizeze o mare parte din entalpia gazelor de ardere.

În scopul uniformizării temperaturii pe întreaga secțiune transversală a canalului se urmărește folosirea unui volum cât se poate de mare, care să asigure umplerea cu gaze a întregii secțiuni transversale a canalului.

Viteza de deplasare a gazelor în această zonă este cuprinsă în general, între 2,5 – 5m/s. Din cauza forței ascensionale, gazele fierbinți au tendința de a se ridica, fapt care poate produce gradienți termici pe înălțimea cuptorului tunel.

În vederea uniformizării temperaturii se instalează un număr de ventilatoare care crează o circulație transversală a gazelor în secțiunea canalului prin recircularea lor. Această recirculare a gazelor are ca ingredient principal mărimea depresiunii nefcesare pentru evacuarea lor din cuptor, ceea ce face să se aspire mai mult aer prin neetanșeității.

Pentru menținerea regimului termic al zonei de preâncălzire, se instalează uneori ventilatoare rapide care creează în canalul de vizitare, un regim de depresiune care anulează diferența ce se produce între regimul de presiune al zonei de preâncălzire și cel din canalul de vizitare.

Zona de ardere este zona în care temperatura produselor se ridică până la valorile maxime prevăzute în diagrama de ardere.

Încălzirea se poate face cu flacără directă, cu gazele de ardere provenite din arderea combustibilului, sau electric.

În cazul încălzirii cu combustibil, debitul necesar se repartizează pe un număr cât mai mare de arzătoare, dispuse pe ambele părți ale zonei de ardere, uneori și în boltă.

Din cauza debitului mic care revine fiecărui arzător, viteza jetului și deci și adâncimea de penetrație sunt limitate ceea ce condiționează și lățimea canalului de ardere.

Introducerea injectoarelor cu impulsuri, pentru combustibilii gazoși și lichizi a permis mărimea distanței de penetrație a jetului.

Arzătoarele care satisfac atât cerințele uniformizării temperaturilor cât și cele referitoare la o eficacitate maximă a transferului de căldură sunt arzătoarele de mare viteză și diluție cu aer secundar a produselor de ardere. Prin domeniul foarte larg de reglare a acestor arzătoare, se creează posibilitatea unei acordări perfecte a instalației de încălzire cu particularitățile materialului supus arderii.

Montând arzătoare de mare viteză și în zona de preâncălzire a tunelului, se pot înlătura diferențele de temperatură și în același timp se poate renunța la ventilatoarele de recirculare care în condițiile folosirii unor gaze cu temperaturi până la 600ºC, necesită reparații frecvente.

Zona de răcire este zona în care răcirea produselor se face de cele mai multe ori cu aer, din care o parte este folosit la arderea combustibilului, iar cealaltă parte este extrasă din zona de răcire pentru a fi folosită la uscătorii întrucât cantitatea de aer necesară pentru răcirea produsului la 40-100ºC depășește pe cea necesară pentru combustie.

Se deosebesc sisteme de răcire directe și indirecte. La răcirea directă, curentul de aer trece prin încărcătură, schimbul de căldură facându-se prin convecție. În cazul răcirii indirecte, schimbul de căldură se face prin radiație de la încărcătura fierbinte la pereți sau la bolta cuptorului sau uneori, prin curenți de apă care circulă prin țevi.

Distribuția controlată și uniformă a curenților de aer rece și de gaze fierbinți, prin secțiunea transversală și longitudinală a tunelului impune acordarea unei atenții deosebite aerodinamicii cuptorului.

Pentru asigurarea mișcării gazelor prin cuptor cu viteze bine stabilite, trebuie să se realizeze diferențele de presiune necesare. Rezistența gazo-dinamică a unui coptor tunel încărcat cu material este cuprinsă între 1-2,5N/m2 și metru liniar de cuptor.

La cuptoarele tunel de capacități mari, produsele supuse arderii se transportă prin canalul cuptorului pe vagoneți speciali.

Vagoneții prevăzuți cun un cadru metalic protejat de influența căldurii printr-o căptușeală refractară, se deplasează pe tranuri de roți.

Pentru a separa spațiul de lucru al cuptorului de spațiul aflat sub vagoneți se amenajează jgheaburi cu nusip pe toată lungimea cuptorului, în care alunecă platbande metalice, fixate de ramele vagoneților, realizând astfel o etanșare între canalu de ardere și canalul de sub platformele vagoneților. Nisipul din jgheaburi se deplasează în direcția de mișcare a vagoneților, motiv pentru care trebuie completate periodic, prin orificii special lăsate în zidăria cuptorului.

Etanșeitatea dintre vagoneți se realizează prin introducerea unor garnituri de azbest între capetele vagoneților sau prin executarea părților frontale ale căptușelii în labirint.

Trenul de vagoneți format din 20-30 vagoneți încărcați cu produse, se deplasează de-a lungul cuptorului tunel cu ajutorul unui împingător

special, care se montează într-o parte sau în fața tunelului, lângă camera de intrare a zonei de preâncălzire a produselor.

Fig 5.1.8 a -Cuptor tunel cu vagoneți

Trenul trebuie înpins lin, pentru a evita prăbușirea încărcăturii. Viteza de deplasare a vagoneților prin cuptor este cuprinsă între 0,9-2,5 m/h, în funcție de lungimea cuptorului și proprietățile produselor supuse procesului tehnologic.

Vagoneții se pot deplasa periodic sau continuu acționați de împingătoare hidraulice, mecanice, sau pneumatice.

Alegerea sistemului de așezare a produselor supuse arderii pe vagoneți imfluențează nu numai funcționarea corectă și continuă a cuptorului tunel ci și calitatea produselor, deoarece felul cum sunt stivuite produselor este strâns legat de distribuția gazelor și transferul de căldură; încărcătura trebuie să fie stabilă, compactă și permeabilă la trecerea gazelor.

Înaintea introducerii unui vagonet în cuptor, trebuie să se controleze, gabaritul încărcăturii cu ajutorul unui șablon.

Între încărcătură (fig. 5.1.8-b) și pereții tunelului se lasă un interval de 100-200mm, în funcție de dimensiunile cuptorului. Dacă arderea se efectuează în intervalul dintre doi vagoneți, atunci distanța între aceștia trebuie să fie cuprinsă între 300-500mm.

Produsele uscate se stivuiesc pe vagoneți și se ard într-un cuptor tunel la temperatura de aproximativ 1450ºC timp de 24h.La ieșirea din cuptorul tunel, după răcire, produsele se sortează (cele care necesită rectificări se rectifică) și apoi sunt trecute la ambalare.

Fig. 5.1.8-b Exemplu de așezare a cărămizilor pe vagonet

5.1.9. RECTIFICAREA ȘI AMBALAREA PRODUSELOR

Mașina de rectificat cu disc abraziv – se utilizează pentru rectificarea (dacă este necesar) și pentru a se obține diferite profile(Fig.5.1.9 a) care sunt necesare în construcția cuptoarelor industriale în funcție de locul în care acestea sunt situate în zidăria cuptorului.

Utilajul se compune din masă fixă și un disc abraziv acționat de un motor electric care poate face mișcări de dute-vino pe verticală sau orizontală.

Fig.5.1.9 a-Diferite profile de cărămizi

Fig. 5.1.9 b-Mașină de tăiat

Caracteristici tehnice:

electromotor tip ASI 160 M 15 3000

putere:15KW

turație motor:3000rot/min

Ambalarea produselor se face pe transpaleți, acoperite cu hârtie cerată sau folii de plastic și legate cu platbandă.

5.2. BILANȚUL DE MATERIALE

Rețeta de fabricație este:

alumină calcinată – 33%

caolin Ucraina – 67%

total –100%

Peste 100% se adaugă:

făină de lemn – 15%

monofosfat de aluminiu (soluție 5%) – 40 cm3/100g amestec alumină + caolin

Compoziția chimică a materiilor prime este:

Caolin Ucraina: A1203 – 37,2%;
Fe203 – 0,88%;
CaO – 0,28%
MgO ….
Ti02 – 1‚2%
Si02 – 45,3%
Na20 – 0,36%
K20 – 0,15%

P.C. – 14,5%

Alumina calcinata: min AI2O3 – 99%;

max Fe203 – 0,03%

max Si02 – 0,035%

max Na20 –0,60 %

P.C.(1100ºC) ~ 0,5%.

Productivitatea proiectată este de 3000 tone pe an. Luând în considerare 10% rebuturi avem:

Calculul cantităților de materii prime ce intră în cuptor ținând cont de pierderile la calcinare se face astfel:

La aceste materii prime se mai adaugă 15kg făină de lemn și 0.008m3 monofosfat de aluminiu (soluție 5%) care dispar la calcinare.

100 tone a.m.p …………….. 90,12tone masă calcinată

x tone a.m.p……………….. 3000 t masă calcinată

x = 100·3000/90,12=3328,9 tone a.m.p.

3328,9 tone a.m.p…………..3000 tone produse

y tone a.m.p…………..3333,3 tone produse

y = 3328,9·3333,3/3000 = 3698,74 tone a.m.p.

3698,74 – 3333,33 = 365,4 tone de pierderi la calcinare.

Pierderi la dozare sunt de l% deci:

(1/100)·3698,74 = 36,9 tone/an; 3698,74 + 36,9 = 3735,72 tone/an.

Pierderile la amestecare sunt de 1 % deci

(1/100)· 3735,72 = 37,35 tone/an; 3735,72 + 37,35 = 3773,08 tone/an.

Pierderile la presare, manipulare, transport sunt de 2% deci:

(2/100)·3773,08 = 75,46 tone/an; 3773,08 + 75,46 = 3848,54 tone/an.

Aceasta cantitate se calculează în funcție de rețeta pentru fiecare materie primă necesară într-un an:

Caolin Ucraina 2578,53 tone +

Alumină calcinată 1270,01 tone

Total 3848,54 tone

Întrucât făina de lemn introdusă pentru porozitate este de 15% peste 100%, cantitatea de făină de lemn folosită într-un an este de: 577,281 tone.

Dacă un kg de amestec caolin și alumină a fost umectat cu 80 cm3 soluție monofosfat de aluminiu (soluție 5%) atunci pentru 3848,54 tone amestec caolin și alumină folosite într-un an de zile vom avea 307,88 m3 soluție de monofosfat de aluminiu consumată într-un an de zile.

Consumul de materii folosite într-un an de zile va fi:

Caolin Ucraina 2578,53 tone +

Alumină calcinată 1270,01 tone

Făină de lemn 577,281 tone

Total 4425,821 tone amestec pulverulent

307,88m3 soluție de monofosfat de aluminiu

Consumul zilnic va fi: 16,95 tone /zi a.m.p.

3000/261 = 11,5 tone /zi produse finite

Având în vedere necesarul de materii prime pe un an de zile consumul specific zilnic de materii prime este:

Caolin Ucraina 9,87 tone/zi

Alumină calcinată 4,86 tone /zi

Făină de lemn 2,21 tone/zi

Monofosfat 1,17m3/zi

6. CALCULUL TERMOTEHNOLOGIC AL CUPTORULUI TUNEL

6.1. DATE INIȚIALE

Capacitatea de producție: 3000 tone/an

Produsele arse în cuptor: cărămizi termoizolatoare ușoare având dimensiunile 250x124x64mm cu un volum al unei cărămizi de 1,984 l

Materiile prime utilizate:

alumină calcinată de tip AA0 – STAS 1272 – 68

caolin refractar Ucraina

făină de lemn de tip F

monofosfat de aluminiu

apă

Temperatura de ardere 1480C

Gaze naturale cu compoziția: CH4 – 99%; O2 – 0,6%; N2 – 0,4%; puterea calorifică inferioară HI = 33614KJ/Nm3

Produsele refractare termoizolatoare se ard în cuptorul tunel după curba de ardere prezentată în fig.6.1.

6.2. PREDIMENSIONAREA CUPTORULUI TUNEL

Volumul util al cuptorului tunel se determină cu ajutorul relației:

Unde:

P – producția anuală a cuptorului [3000 tone/an]

t – durata ciclului de ardere 24 h

m – % rebuturi la ardere 4%

ta – indicele extensiv de functionare a cuptorului [ h/an]

ta = 6264 h/an

G – densitatea de așezare a încărcăturii [tone/m3

Pentru determinarea densității de așezare se alege:

lățimea tunelului B = 1,4m

înălțimea tunelului H = 0,66m

lungimea unui vagonet Lv = 2m

Modul de asezare a cărămizilor pe platforma vagonetului se face conform fig.6.2.

Dispunerea cărămizilor pe un vagonet se va face astfel:

pe lungimea vagonetului 7 bucăți cărămidă

pe lățimea vagonetului 4 bucăți cărămidă

pe înălțimea vagonetului 8 bucăți cărămidă

Menționez că, cărămizile vor fi așezate astfel încât flăcările de la arzătoare să bată paralel cu fața cu suprafața cea mai mare a cărămizii.

Dimensiunea unei cărămizi este 250x124x64mm și conform așezării din fig.6.2. pe un vagonet se află 224 bucăți cărămidă.

Masa unei cărămizi este: mc=cVc = 1,01,984 = 1,984 kg = 1984g

Masa încărcăturii unui vagonet va fi: 1,984kg224buc.= 444,4kg Volumul util al cuptorului pe lungimea unui vagonet este:

Vu = 1,40,662=1,848 m3

Vc = 47,89 [m3] Vc =48 [m3]

Lungimea cuptorului Lc

Vc = Lc x B x H [m3]

Se adoptă L = 52m – lungimea cuptorului

Pentru predimensionare s-a considerat un indice extensiv de funcționare ta = 6264 h/an (261 zile/an) și durata ciclului de ardere t = 24h.

6.2 CALCULUL TEORETIC AL COMBUSTIEI

Alegerea combustibilului

Pentru ardere se folosește gaz metan cu următoarea compoziție :

CH4 – 99%

O2 – 0,6%

N2 – 0,4%

La ardere are loc următoarea reacție chimică :

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2

Calculul cantității teoretice de aer necesar combustiei

Va = α * Vat α = 1,10 – exces aer

Vat = 0,04785 [0,5 ( %CO ) + 0,5 ( %H2 ) + 2 ( %CH4 ) + 1,5 ( %H2S ) + Σ( m + n/4 )( % CmHn ) – ( %O2 )] [Nm3/Nm3]

Vat = 0,04785 ( 2*99 – 0,6 ) = 9,44 [Nm3/Nm3]

Calculul cantitatii de gaze de ardere

VCO2 = 0,01* ( %CO2 + %CO +%CH4 + Σm%CmHn )

VCO2= 0,01* 99 = 0,99 [Nm3/Nm3]

VH2O = 0,01 *[ ( %H2 ) + 2( %CH4 ) + ( %H2S ) + ( %H2O ) +

+ Σ n/2 %CmHn ) [Nm3/Nm3]

VH2O = 0,01 [ 2*99 ] = 1,98 [Nm3/Nm3]

VN2= 0,791 * Va + 0,01 ( %N2 ) [Nm3/Nm3]

Va = α * Vat = 1,10 * 9,44 = 10,38 [Nm3/Nm3]

VN2 = 0,791 * 10,384 + 0,01 ( 0,1) = 8,22 [Nm3/Nm3]

VO2= 0,209 * Vat (α –1 ) [Nm3/Nm3]

VO2 = 0,209 * 10,38 * 0,1 = 0,22 [Nm3/Nm3]

Vg = VCO2 + VH2O + VN2 + VO2 + VSO2 [Nm3/Nm3]

Vg = 0,99 + 1,98 + 8,22 + 0,22 = 11,41 [Nm3/Nm3]

Calculul de verificare a temperaturii calorimetrice și reale obtenabile în condiții de ardere stabilite și comparația cu temperatura reală necesară procesului în cuptor , refacerea calculelor în funcție de rezultatul obținut.

Hi = 0,99 * 35.832 = 35473,7 kj/Nm3

Temperatura calorimetrică

qfiz =qfizcomb + qfizaer = 1*ccomb*θcomb + Va*Cpa*θaer [kj/Nm3]

Cpg = XCO2 * cpCO2 + XH2O * cpH2O + XN2 * cpN2 + XO2 * cpO2

θreal = θcal * ηpir ηpir = 0,77

1900oC CpCO21900 = 2,407 kj/Nm3grad

CpH2O1900 = 1,942kj/Nm3grad

CpN21900 = 1,4755 kj/Nm3grad

CpO21900 = 1,5615 kj/Nm3grad

Cpg1900 = 0,08676*2,407 + 0,17353*1,942 + 0,72042*1,4755 + 0,01928*1,5615 = 1,5615 kj/Nm3grad

Rezultatul este satisfăcător deoarece diferența este de doar 27oC .

θreal = 1927,55*0,77 = 1484oC

6.3 BILANȚUL TERMIC

6.3.1 Stabilirea pozițiilor de activ

a)Căldura chimică a combustibilului

Q1 = Hi*x [kj/kg] x-consum specific al combustibilului

Q1 = 35.474*x [kj/kg]

b)Căldura fizică a combustibilului

Q2 = x * Cspcomb * ta

Q2 = x*1,992*25 = 49,8 * x [kj/kg]

c)Căldura fizică a aerului pentru ardere

Q3 = x * Va * Cspaer * ta

Q3 = x*10,38*1,298*25 = 428,3*x [kj/kg]

d)Căldura adusă de material

Q4 = [Σ Cp* xi] * x * tm [kj/kg]

Caolin Cp = 923 [j/kg *grad]

Alumină Cp = 1176 [j/kg *grad]

Adaos pentru porozitate Cp = 1620 [j/kg *grad]

La 100g amestec caolin + alumină se va introduce un adaos de făină de lemn de 10% peste 100%.

110g amestec …67g caolin…33g alumină…10g făină de lemn

100g amestec……x………..…y……………..z

x = 60,90g

y = 30g

z = 9,10g

cp material = 923*0,6090+1176*0,3+1620* 0,0910 =1062,327 [j/kg *grad] = 1,062327 [kj/kg*grad]

100 – P.C. = 100 – 18,08 = 81,91

x kg material………..1,000 kg p.f.(produs finit)

x = 100*1,000/81,91 = 1,22071 tone

Q4 = 1,0623*1,22071*25 = 32,419 [kj/kg]

e)Căldura adusă de auxiliari (plăci cordieritice)

Q5 = maux*Csp25 *25

Auxiliari : dimensiuni 1400 x 1000 x 20

densitate 2,05 [kg/m3]

maux = (1,4*1*0,02)*2,05 = 57,4 kg/placa

57,4/Gcărămidă = 57,4/1,984*112 = 0,2583 kg aux / kg p.f.

Csp25 = 810 [j/kg grad]

Q5 = 0,2583*0,81*25 = 5,2309 [kj/kg]

6.3.2 Stabilirea pozițiilor de pasiv

a)Căldura consumată cu auxiliarii de ardere

Q1 = maux*( Csp aux1480 * 1480 – Csp aux25 * 25 )

Csp aux1480 = 1,17 [kj/kg grad]

Csp aux25 = 0,81 [kj/kg grad]

Q1 = 0,2583 ( 1,17*1480 – 0,81*25 ) = 442,04 [kj/kg]

b)Căldura pierdută prin elementele constructive (pereți,boltă,vatră,role,etc)

Cuptorul se împarte în 3 zone : de preîncălzire , de ardere și de răcire , care din diagrama de ardere au urmatoarele caractaristici :

ZPr : 25-800oC , 8 h , 17,33m

ZA : 800-1480oC , 8h , 17,33m

ZR : 1480-100oC , 8h , 17,33m

6.4 Pierderile de căldură prin pereți

Pereții cuptorului se construiesc din cărămizi termorezistente : 2 straturi in zonele cu temperaturi până la 800oC si 4 straturi in zonele cu temperaturi între 800-1480oC .

Zona cu 4 straturi de cărămizi cuprinde integral zona de ardere și are lungimea de 17,33 m (vezi diagrama) .

Exista 2 zone cu 2 straturi de cărămizi: una înglobeaza zona de preîncalzire, deci 17,33 m , iar a doua 17,33 m zona de ardere, in total 34,66 m .

Caracteristici ale cărămizilor termorezistente utilizate:

Compoziția oxidică a cărămizilor este prezentată în tabelul următor :

BIP 0,4 – beton refractar termoizolator

Temp.max. 1020ºC

Conduct.termică λ : 400ºC 0,126 [W/m grad]

800ºC 0,150

1000ºC 0,170

Densitate : 0,60 g/cm3 în crud

0,40 g/cm3 dupa ardere la temp.max. de utilizare

Compoziția oxidică : Al2O3-35,0% ; SiO2-44,0%

Fe2O3-0,9% ; CaO-11,0%

Material necesar : 0,40 t/m3

Apa de lucru : 120-150 kg la 100 kg amestec uscat

Rcompresiune = 10 daN/cm2

Fibra ceramică KM 1260 : Temp.max. de utilizare 1150ºC

Densitate 2,60 g/cm3

Rincovoiere = 7,5 kg/dm2; Rcompresiune= 8,0 kg/dm2

Conduct.termică λ : 400ºC 0,130[W/m grad]

600ºC 0,150

800ºC 0,170

1200ºC 0,170

Perete tip I 25-800ºC , 2 straturi : JM 23 (125mm) , JM 20 (110mm)

Se întâlnește în zona de preâncălzire (17,33m) și în zona de răcire (17,33m).

Aria acestei suprafețe de perete va fi :

A = 2 * (17,33+17,33)* 0,6 = 45,75 m2

α = 7,1 + 0,057 * θe ; θe – temperatura la suprafața exterioară a cuptorului

Estimez θe = 35ºC

α = 7,1 + 0,057 * 35 = 9,1

q = k * (θi – θe)

q = 0,61 * ( 800 – 35 ) = 466,7 [W/m2]

t3 = 800 – 466,7*0,125/0,180 = 476ºC

t4 = 476 – 466,7*0,110/0,13 = 81ºC

QpI = k * A * ( θi – θe ) [W]

QpI = 0,61 * 45,6 * ( 800-81 ) = 20.000 [W]

QpI = 20 [kW]

Perete de tip II 800-1480-800ºC , 4 straturi :

JM 30 (160mm)

JM 26 (140mm)

JM 23 (125mm)

BIP 0,4 (150mm)

Estimez θe = 100ºC

α = 7,1 + 0,057 * 100 = 12,8

q = 0,3682 * ( 1485 – 100 ) = 509,72 [W/m2]

t2 = 1316,67 ºC

t3 = 1100,78ºC

t4 = 746,8ºC

t5 = 140ºC

QpII = k * A * ( θi – θe ) [W]

Aria pereților de tip II este :

A = 2 * 17,33 * 0,66 = 22,88 m2

QpII = 0,3682 * 22,88 *( 1484 – 100 ) = 11288,71 [W]

QpII = 11,28871 [kW]

6.5 Pierderile de căldură prin boltă

Zona I : 25 – 800ºC , 1 strat JM 26(65mm) + 1 strat BIP 0,4(200mm)

Estimez temperatura exterioară 100ºC

α = 9,4 + 0,057 * 100 = 16,1

q = 0,61 *( 800 – 100 ) = 427

t2 = 800 – 427 * 0,065 / 0,31 = 710,7ºC

t3 = 710,7 – 427 * 0,200 / 0,146 = 125,7ºC

Aria bolții in zona I este : A = 1,4 *17,33 = 24,262 m2

QbI = 0,61 * 24,262 * ( 800 – 125,7 ) = 19959 [W]

QbI = 19,959 [kW]

Zona II : peste 800ºC – 2 straturi JM 30(130mm)

–1 strat fibră ceramică KM 1260 (300mm)

Temperatura estimată la suprafața bolții : 150ºC

α = 17,95

q = 0,43 *( 1484 – 150 ) = 572,53

t2 = 1484 – 572,53 * 0,130 / 0,47 = 1262,6ºC

t3 = 1262,6 – 572,5 * 0,300 / 0,15 = 180ºC

Aria bolții in zona de tip II : A = 17,33 * 1,4 = 24,262 m2

QbII = 0,43 * 24,262 * (1484 – 180) = 13604,18 [W]

QbII = 13,60 [kW]

6.6 Pierderi de căldură prin vatră

Zona I : 2 straturi JM 23 (130mm) + 1 strat BIP 0,4(150mm)

Temperatura estimată la suprafața de dedesubt este 50ºC

α = 7,1 + 0,057 * 50 = 9,95

q = 0,54 * ( 800 – 50 ) = 405

t2 = 800 – 405 * 0,130 / 0,18 = 507,6ºC

t3 = 507,6 – 405 *0,150 / 0,146 = 91,5ºC

Aria vetrei in zona I este egală cu a bolții în aceeasi zonă , 48,524 m2 .

QvI = 0,54 * 48,524 * ( 800 – 91,5 ) = 18654,79 [W]

QvI = 18,56 [kW]

Zona II : 800-1480-800ºC , 2 straturi JM 30 (130mm)

2 straturi JM 26 (130mm)

1 strat BIP 0,4 (100mm)

Temperatura estimată la suprafața rece a vetrei este de 100ºC .

α = 7,1 + 0,057 * 100 = 12,8

q = 0,721 * ( 1484 – 100 ) = 997,9

t2 = 1484 – 997,9 * 0,13 / 0,47 = 1207,98ºC

t3 = 1207,98 – 997,9 * 0,13 / 0,34 = 826,43ºC

t4 = 826,43 – 997,9 * 0,100 / 0,15 = 161ºC

La fel , aria vetrei este egală cu a bolții din aceeași zonă,24,262 m2 .

QvII = 0,721 *24,262 * ( 1484 – 161 ) = 23143,1 [W]

QvII = 23,143 [kW]

c) Căldura necesară proceselor de transformare propriu-zise ale materialului supus arderii

Qmat = m * ( Cp1480 * 1480 – Cp25 * 25 )

Cp = Σ ( xi * Cpi )

Cp1480 : SiO2 1,1139 [kj/kg grad]

Al2O3 1,176

Fe2O3 0,892

CaO 0,917

R2O 1,428

TiO2 

Compoziția ciobului ars este :

SiO2 33,68%

Al2O3 63,9%

CaO 0,199%

Fe2O3 0,86%

Na2O 0,477%

TiO2 0,75%

K2O 0,11%

Cp1480 = 0,3368*1,139 + 0,639*1,176 + 0,0086*0,892 + 0,00199*0,917 + (0,00477 + 0,0011)*1,428 = 1,2374 [kj/kg grad]

Cp25 = 0,3368*0,762 + 0,639 * 0,77 + 0,0086 * 0,691+0,00199*0,762+(0,004777 + 0,0011)* 0,942 = 0,7616 [kj/kg grad]

Qmat = 1 * ( 1,2374 * 1480 – 0,7616 * 25 ) = 1812,312 [kj]

d) Căldura pierdută la evacuarea gazelor arse

Qgaze = x * Vg * CsptºC * tºC [kj]

Consideram temperatura gazelor la coș ca fiind 200ºC .

Csp200 : CO2 1,787 [kj/Nm3 grad]

H2O 1,552

N2 1,300

O2 1,335

Csp200 = Σ ( Cpi200 * xi )

Csp200 = 0,1017*1,787 + 0,1711*1,552 + 0,71*1,300 + 0,0171*1,335 =1,3879 [kj/kg grad]

Csp25 = 1,062 [kj/kg grad]

Vg = 11,38 [Nm3]

Qgaze = x * 11,38 * 1,38 * 200 = 3211,15 * x [kj]

Qgaze = 3211,15* x [kj]

6.8 Determinarea necesarului de combustibil pentru 1 kg produs finit

Se face prin egalizarea pozițiilor de activ , respectiv pasiv pentru zonele de preîncălzire și ardere .

Aceste 2 zone ocupă 29 m din lungimea totală a cuptorului :

17,33m tip I

11,66 m tip II

Qactiv = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Qactiv = 35474*x + 49,8*x + 428,3*x + 32,419 + 5,23 =

= 35952,1*x + 37,64 [kj]

Qpasiv = Qaux + Qgaze + Qmat + Qelem.constructive

Pentru a calcula caldura pierdută prin elementele constructive se iau în considerare :

17,33m din zona I care reprezintă 50% din totalul de 34,66 m

11,66 m din zona II care reprezintă 68,75% din totalul de 17,33 m

Qtotal zona I = QpI + QbI +QvI = 20,065 + 19,959 + 18,564 = 58,588 [kW]

Qtotal zona II = QpII + QbII +QvII = 11,288 + 13,6 + 23,143 = 48,031 [kW]

QI = 58,588 * 0,5 = 29,294 [kW]

QII = 48,031 * 0,6875 = 33,021 [kW]

Qpasiv = 2498,627 + 3211,15*x [KJ]

2498,627 + 3211,15 * x = 35952,1 * x + 37,65

2460,977 = 32740,95 * x

0,07516 = x [Nm3comb. / kg p.f.]

6.8 Deducerea necesarului de aer de răcire

Rezultă din bilanțul zonei de răcire , aceasta zonă ocupa 26 m din lungimea cuptorului dintre care 17,33 m tip I si 8,67 m tip II .

17,33 m reprezintă 66,65% din zona I totală

8,67 m reprezintă 33,35% din zona II totală

Activ :

a)Qmat = m * Cp1480 * tmat

Qmat = 1 * 1,2374 * 1485 = 1686 [kj/kg]

b)Qaux = maux * Csp aux * taux

Qaux = 1 * 1,132 * 1485 = 1681,02 [kj]

c)Qaer racire = y * Csp aer25 * taer

Qaer racire = y * 1,298 * 25 = 32,45*y [kj]

Pasiv :

a) calculul căldurii consumate pentru încalzirea aerului de răcire

Q = Va * ( Csp500 * – Csp25 * ) = Va * 639

Csp500 * =1,343 * 500 = 671,5

Csp25 * = 1,299 * 25 = 32,45

b) calculul căldurii materialului la ieșirea din cuptor

Q=Csp100 * 100 = 81,70 [KJ/kg]

c) calculul căldurii auxiliarului la ieșirea din cuptor

Q = maux * Csp100 *100 = 178,24 [Kj/Kg]

d) pierderile de căldură prin pereți, boltă si vatră

Qtotal = 0,5 * Qp1 + 0,3 * Qp2 + 0,5 * QB1 + 0,3 * QB2 + 0,5 * Qv1 = 0,3 * Qv2

Qtotal = 28,01 [Kj/Kg]

ACTIV= PASIV

1686+3076+ Va * 32,45 = Va * 639 + 81,70 + 178,24 + 28,01

6O6,55 * Va = 4474,05

Va = 7.376 [Nm3/kg]

7. Măsuri de tehnica a securității muncii.

Cerințele esențiale ale tehnicii securității sunt următoarele :

Familizarea personalului cu instrucțiunile tehnicii securității și urmărirea execuției lor . Asigurarea cerințelor impuse locului de muncă și căilor de acces pentru oameni .

Utilizarea în construcția mașinilor a dispozitivelor de protecție, cu asigurarea funcționării permanente .

Asigurarea bunei stări a utilajului și dispozitivelor .

Asigurarea utilizării metodelor raționale de lucru în exploatarea și repararea mașinilor, ca și asigurarea așezării juste a sarcinilor, spre a exclude posibilitatea accidentelor.

Amenajarea de îngrădiri acolo unde sunt necesare și întreținerea lor în stare bună . Îngrădirile trebuie utilizate la acele organe și subansamble de mașini și mecanisme care datorită normei și condițiilor de funcționare, pot provoca accidente în cazul lipsei lor.

Utilizarea dispozitivelor de protecție individuală și buna lor întreținere. Este necesară utilizarea dispozitivelor de protecție individuală în scopul de a feri muncitorul de arsuri, de răniri, de acțiunea curentului electric etc.

Este obligatorie acoperirea cu carcase speciale a parților ieșinde ale elementelor mobile ale mașinii . Dispozitivele de protecție pot fi cu semnalizare ( sonor, luminos, mecanic etc.) cu indicarea pericolului și cu acțiune automata prin care pericolul este îndepărtat .

La locul de muncă trebuie asigurată vizibilitatea, așezarea pârghiilor de comandă care să asigure posibilitatea opririi rapide a mașinii .

Căile de acces pentru muncitori trebuie să fie sigure, curate pentru a evita pericolul alunecării iar porțiunile așezate la înălțimi să fie îngrădite cu balustrade .

Se recomandă o izolare sigură, iar mașinile care au montaj electric pe ele trebuie să fie puse în legătură cu pământul.

Existența unor plăci inscripționate care să indice capacitatea maximă a mașinii.

Morile cu bile trebuie să fie prevăzute, pe toată lungimea corpului lor, cu balustrade de protecție. Trecerea pe sub moară nu se admite în nici un caz.

Pentru toate amestecătoarele trebuie să existe fișe tehnice, întocmite după modelul stabilit. Fiecare amestecător sau grup de amestecătoare trebuie să aibă o semnalizare acustică .

8. ASPECTE ECONOMICE

Amplasarea unei unități industriale în teritoriul național într-o zonă sau platformă industrială, reprezintă un act de decizie de importanță deosebită, și ea respectă atât criteriile generale de amplasare cât și pe cele specifice industriei de silicați.

Criteriile de amplasare țin seama de considerente economice, social – culturale și strategice.

Principalele criterii de amplasare sunt:

apropierea de resursele de materii prime și apă, criteriu ce rezolvă

alimentarea continuă a fluxului

economii de transport

costuri reduse pentru depozitarea materiilor prime

situarea în centrele de greutate ale consumatorilor, criteriu ce rezolvă:

economii de ambalare și costuri reduse de transport și distribuire cu amănuntul

flexibilitate și receptivitate la cerințele consumatorilor

competivitate realizată prin stimulare.

Apropierea de căile de transport existente, criteriu ce rezolvă:

economii de carburanți și mijloace auto

costuri mai mici ale inveestițiilor

evitarea stocurilor supranormative și a unor capacități mari de depozitare.

Apropierea de sursele de combustibil și uneori de energia electrică, criteriu ce rezolvă:

continuitatea proceselor calde

investiții neproductive mai mici

situarea în zone cu populație disponibilă pentru asigurarea forței de muncă

Industria produselor refractare necesită pe lângă un număr mare de personal și o calificare superioară a acestuia, ceea ce presupune existența populației ca număr, dar și dotări social – culturale, unități de învățământ care să asigure calitatea forței de muncă, etc.

BIBLIOGRAFIE

G. Aliprandi – “Materiaux refractoires et ceramiques techniques”. Editura Septima – Paris, 1979

Teoreanu I., Radu D., N. Rehner, M. Thaler – “Calcule și operații, utilaje și instalații termotehnologice din industria silicaților. Probleme și exemple de proiectare”. Ed. Didactică și Pedagogică Bucuresti ,1983

N. Deică – “Utilizarea rațională a produselor refractare”. Ed. Tehnică București, 1982

J.M. Chesters – “Reractoires”. London, 1973

I.P. Gorlov, A.D. Kruglov – “Obținerea unor materiale ușoare corindonice cu adaos de polistiren”. Ogneuporî nr.3,1972(pag.15–20).

I Duderov – “Materiale poroase pe bază de corindon cu legătură fosfatică”. Ogneuporî nr.5, 1972

R. Martin – “Agregat și refractar izolant”. L’ Industrie Ceramique nr.2, 1973 (pag. 90–93)

V. Primatchenkov, D.T. Stanilov – “Influența compoziției și adaosurilor combustibile asupra proprietăților refractarelor ușoare obținute prin presare semiuscată” . Ogneuporî nr.5, 1975 (pag.52–54)

Ioan Lazău, Cornelia Păcurariu – “Chimia fizică a stării solide”. Ed. Politehnica Timișoara, 1998

Enache M. – ,,Tehnologia ceramicii si refractarelor” Vol. II

Institutul Politehnic ‚,Traian Vuia” Timișoara , 1984

11. Abramovici R.- ,,Materii prime ceramice” Vol. I-II

Institutul Politehnic ‚,Traian Vuia” Timișoara ,1974

12. Teoreanu I. si colaboratori- ,,Tehnologia Produselor Ceramice și Refractare” Vol I , II, București, Editura Tehnică ,1985

13. Preda M. – ,,Ceramică și Refractare” Editura Printech București , 2001

Enache M. , Gogu O. –,,Lucrări de laborator la tehnologie ceramică” Institutul Politehnic ‚,Traian Vuia” Timișoara , 1979

Beilich E., Becherescu D.,Thaler M. – ,,Cuptoare și utilaje în industria silicaților”. Vol. I , II Editura Didactică și Pedagogică București ,1973

Becherescu D. – ,,Curs de utilaje în industria materialelor de construcții”. Editura Didactică și Pedagogică București, 1960

Teoreanu I., Becherescu D. -,Instalații termotehnologice”

Editura Tehnica Bucuresti , 1979

R. Dinescu, T.Surdeanu – “Ceramica din oxid de aluminiu”.Ed. Tehnică București, 1979

CUPRINS

Memoriu tehnic

Introducere………………………………………pag.1

Metode și procedee cunoscute privind obținerea cărămizilor refractare termoizolatoare ușoare. Materii prime folosite…………………………………….pag.4

Scheme de flux tehnologic aferente procedeelor de fabricație ………………………………….pag.11

Schema de principiu a fluxului tehnologic de fabricație a produselor refractare termoizolatoare cu incorporare de produse combustibile

……………………………………pag.11

Schema de principiu a fluxului tehnologic de fabricație a produselor refractare termoizolatoare cu ajutorul spumanților ……………….pag.12

Schema de principiu a fluxului tehnologic de fabricație a produselor refractare termoizolatoare cu incorporare de gaz ………………..pag.13

Caracteristicile fizice ale cărămizilor termoizolatoare

………………………………………pag.14

Partea experimentală ………………………………pag.22

Lucrările experimentale efectuate ……………..pag.23

Procedeul tehnologic urmărit ……………pag 24.

Materiile prime utilizate …………………..pag. 25

Scopul lucrărilor experimentale. Rețete utilizate

………………………………………pag. 29

Procedee de preparare – dozare – amestec – presare – uscare – ardere ………………..pag.30

Prepararea materiilor prime …………..pag. 30

Dozarea materiilor prime ………………pag. 31

Amestecarea materiilor prime …………pag. 31

Presarea probelor ………………………pag.32

Uscarea probelor ……………………….pag. 33

Arderea probelor ………………………..pag. 33

Determinările efectuate ……………………pag. 35

Determinarea densității aparente ……..pag. 35

Determinarea porozității ………………..pag.36

Determinarea rezistenței la compresiune

………………………………………pag. 37

Determinarea contracției (dilatării) ulterioare

………………………………………pag. 37

Rezultate obținute ………………………….pag.39

Concluzii …………………………………….pag. 40

Memoriu justificatic ……………………………………pag. 41

Dimensionarea tehnologică a utilajelor din cadrul fluxului tehnologic de obținere a cărămizilor refractare termoizolatoare. Încadrarea cu utilaje a fluxului …pag.42

Descrierea procesului tehnologic …………..pag. 42

Depozitarea materiilor prime …………….pag. 42

Pregătirea materiilor prime ………………pag. 45

Transportul materiilor prime ……………..pag. 48

Dozarea materiilor prime …………………pag. 50

Amestecarea materiei prime ……………..pag. 51

Presarea amestecului …………………….pag. 53

Uscarea produselor ……………………….pag. 54

Arderea produselor ………………………..pag. 55

Rectificarea și ambalarea produselor ……pag. 61

Bilanțul de materiale …………………………..pag.63

Calculul termotehnologic al cuptorului tunel ………pag. 67

Date inițiale …………………………………….pag. 67

Predimensionarea cuptorului tunel ………….pag. 67

Bilanțul termic ………………………………….pag. 72

Stabilirea pozițiilor de activ ………………..pag. 72

Stabilirea pozițiilor de pasiv ……………….pag. 73

Pierderi de căldură prin pereție ………………pag. 74

Pierderi de căldură prin boltă …………………pag. 79

Pierderi de căldură prin vatra …………………pag. 81

Determinarea necesarului de combustibil pentru 1kg de produs finit …………………………………..pag. 84

Deducerea necesarului de aer de răcire …….pag. 85

Bibiografie ………………………………………………..pag. 91

Cuprins ……………………………………………………pag 93

=== MEMORIU JUSTIFICATIV ===

MEMORIU JUSTIFICATIV

=== MEMORIU TEHNIC ===

MEMORIU TEHNIC

=== Tema proiectului ===

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIȘOARA

FACULTATEA DE CHIMIE INDUSTRIALA ȘI INGINERIA MEDIULUI

CHIMIE ALIMENTARA

TEMA:

FAIANȚĂ

DE

MENAJ

-2004-