Четырехлетний опыт поставок технологических линий и отдельных единиц оборудования для производства сухих строительных смесей в России и странах СНГ позволяет делать выводы об уровне и особенностях развития этого производства в нашей стране. Все, о чем будет сказано ниже, в равной мере относится также к другим странам на территории бывшего СССР с оговоркой, что речь идет о производстве модифицированных смесей. В страны Восточной Европы технология сухих смесей импортировалась преимущественно вместе с опытом и инвестициями крупных западных производителей. От инвестиций в Россию эти фирмы до недавнего времени воздерживались. Сложившаяся с осени 1998 г. экономическая ситуация благоприятствовала появлению и быстрому росту национальных производителей, не имевших на первом этапе достаточного опыта и денежных средств.

 

В этих условиях формировался состав «игроков» российского рынка сухих смесей, среди которых сегодня есть три довольно резко очерченные группы.

Первая группа включает более сотни мелких производителей, изготавливающих смеси преимущественно с использованием ручного труда и средств малой механизации. Объемы продаж в этой группе обычно не превышают 500 т/мес. 

Вторая группа состоит из двухтрех десятков успешно развивающихся фирм, продажи которых лежат в интервале от 500 до 5000 т/мес. Большая часть из них производит смеси в заводских условиях, то есть имеет одну или несколько технологических линий. Характерной чертой действующих и строящихся линий является их малая производительность – в среднем в 3 раза меньше, чем у среднестатистического европейского завода.

 

Третья группа объединяет нескольких лидеров и претендентов на роль лидеров. К числу лидеров сегодня можно отнести фирмы с объемами продаж более 5000 т/мес.

 

Претендентами мы считаем крупные иностранные компании, не являющиеся в России лидерами по объемам продаж, но намеревающиеся сделать или уже сделавшие серьезные инвестиции в производство. По законам рыночной экономики крупные фирмы, являющиеся обладателями известных торговых марок, имеют конкурентные преимущества и со временем вытесняют мелких производителей. На российском рынке сухих смесей этого пока не происходит.

 

Все три группы продолжают активно развиваться, о чем свидетельствуют их инвестиции в производство. В настоящей статье мы представим несколько вариантов установок малой мощности, которые можно разместить в существующих помещениях, и небольшой завод с вертикальной компоновкой технологической схемы, допускающий поэтапное наращивание числа силосов исходных компонентов от 4 до 10. Рассматриваемые варианты представляют интерес для первой и второй групп «игроков». Заводы большой мощности, строящиеся по специальным проектам, в настоящей статье не рассматриваются.

Небольшие установки, размещаемые в существующих помещениях
При объемах продаж 1–5 тыс. т в год строительство завода с вертикальной компоновкой технологической схемы будет скорее всего экономически неоправданно. В этом случае целесообразно вести речь о небольшой установке, которую можно разместить в помещении высотой 8–10 м.

 

Такая установка может использоваться: 
– в качестве пробного шара для оценки емкости региональных рынков;
– для производства смесей специального назначения, потребление которых ограничено;
– в качестве второй вспомогательной линии, позволяющей разгрузить основное производство от продукции, выпускаемой малыми партиями.

 

При покупке оборудования для небольших установок сумма затрат почти всегда является ограниченной, и нередко принимаются решения в ущерб удобству работы и качеству продукции. Но было бы ошибкой считать, что качественную продукцию можно производить только в условиях завода с вертикальной схемой. В составе небольшой установки используется то же самое оборудование, а все технологические операции могут быть полностью автоматизированы.

 

При одинаковой степени автоматизации недостатком малых установок является более высокий уровень капитальных затрат, приведенных к единице производственной мощности. Десять автоматизированных линий по 10 тыс. т/год потребуют инвестиций в несколько раз больших, чем одна линия мощностью 100 тыс. т/год.

 

Далее мы рассмотрим четыре варианта компоновки малых установок с разной степенью использования ручного труда и автоматизации.
На рис. 1 показан простейший вариант установки по производству  сухих смесей, затраты на оборудование в котором минимальны, а доля  ручного труда максимальна.  
 Установка состоит из двух единиц оборудования – смесителя циклического действия и фасовочной  машины, предназначенной для упаковки готовой продукции в клапанные мешки.

Смеситель с площадкой  обслуживания расположен на высоте 4,5 м над уровнем пола, фасовочная машина установлена под смесителем. Бункер фасовочной машины  рассчитан на два замеса и оснащен  сигнализатором уровня, который служит для контроля свободного места в бункере, если места недостаточно, выгрузка смеси из смесителя  блокируется. Насадка пустых мешков на наполнительный патрубок и  укладка наполненных мешков на  поддоны выполняется вручную.  
 Оборудование для дозирования  в этом варианте отсутствует. Сухой  песок, цемент, прочие компоненты  и добавки подаются вручную –  мешками, тачками или ведрами в  установленную на обычных торговых весах воронку в количествах согласно рецептуре.

Объем воронки  соответствует одной загрузке смесителя. Заполненную воронку с помощью тельфера поднимают над смесителем, стыкуют ее выпускное отверстие с загрузочным отверстием смесителя и открывают затворы на воронке и смесителе.

По окончании пересыпки затворы закрывают, воронку возвращают на весы. Эти действия выполняет рабочий, находящийся на площадке у смесителя.

 
Все используемые в производстве сухих строительных смесей компоненты сильно пылят, и условия  труда людей при их ручной пересыпке не соответствуют санитарным нормам. Планировать изготовление  продукции более 1–2 т/ч на такой  установке нецелесообразно. Точность дозирования в этом случае не контролируется, что не может не сказаться на качестве продукции.  

На рис. 2 показана установка, в  которой простейший вариант дополнен отдельно стоящим весовым дозатором основных компонентов.

 
Снаружи вдоль стенки помещения устанавливаются силосы для  складирования минеральных вяжущих и заполнителей, доставляемых  автоцистернами. На минимально возможном от силосов расстоянии  внутри помещения устанавливаются бункерные весы. Компоненты из силосов последовательно в соответствии с выбранной рецептурой подаются в бункерные весы с помощью винтовых конвейеров. Работой конвейеров управляет электронное  устройство, которое имеет память для хранения 10 рецептур и позволяет выводить текущую информацию  о процессе дозирования на печать.  

Подача взвешенных компонентов  из бункерных весов в смеситель осуществляется с помощью той же воронки и тельфера. Для перемещения воронки изпод весов к точке строповки  и обратно используется тележка.  

 

Преимуществами этого варианта  по сравнению с первым являются точность дозирования вяжущих и заполнителей и лучшие условия труда  людей, поскольку воронка здесь оборудована крышкой с фильтром, а пересыпка осуществляется через закрытый тракт.

 

Недостаток в том, что из  процесса попрежнему не исключен человеческий фактор, от которого будет зависеть фактическая производительность установки. При такой схеме работы можно планировать производство в объемах порядка 2–5 т/ч.  

 

На рис. 3 показана установка, в которой все операции, за исключением ввода добавок и насадки мешков, автоматизированы, но схема расположения  оборудования остается горизонтальной.  

 

Как и в предыдущем варианте, установка состоит из двух частей – узла дозирования основных компонентов и узла смешения–фасовки.  
 Сформированная в бункерных весах порция выгружается в установленный под весами пневмокамерный насос и под действием давления сжатого воздуха целиком, без  остатка транспортируется в расположенный над смесителем приемный бункер. Для очистки поступающего в атмосферу воздуха бункер оснащен напорным рукавным  фильтром.

Производительность дозатора и насоса подбирается таким образом, чтобы очередная порция  компонентов была готова к загрузке  в смеситель до окончания цикла  смешения предыдущей порции.  
Главное преимущество автоматизированной установки заключается в  том, что ее фактическая производительность определяется технической  производительностью оборудования,  а не скоростью работы людей.

Недостатком является сравнительно большое потребление электроэнергии на  выработку сжатого воздуха, необходимого для работы пневмотранспортной установки.

Более существенный недостаток заключается в том, что все  компоненты – песок, вяжущие и тонкодисперсные наполнители взвешиваются в одних бункерных весах, в конструкции которых не предусмотрена возможность ручной чистки. Это  значит, что чередовать смеси, содержащие несовместимые компоненты,  например гипс и цемент, белый цемент и серый цемент, будет проблема тично.

Нельзя также производить  тонкодисперсные смеси (шпаклевки) после смесей, содержащих песок.  

На рис. 4 показан вариант установки, в которой смеситель выполняет функцию бункерных весов.  
Основные компоненты из силосов с помощью винтовых конвейеров один за другим подаются непосредственно в смеситель, рама которого опирается на тензометрические датчики. Алгоритм дозирования  не отличается от алгоритма работы  бункерных весов, но точность взвешивания несколько ниже, поскольку собственная масса смесителя с приводом больше общей массы  взвешиваемых компонентов.

Операции дозирования и смешивания  выполняются последовательно, поэтому производительность установки в два раза меньше по сравнению  с вариантом, где эти операции происходят одновременно.  
Преимущества варианта заключаются в меньшей стоимости оборудования, отсутствии потребности  в сжатом воздухе для пневмотранспорта и, главное, в возможности чередовать смеси, содержащие несовместимые компоненты. На корпу
се смесителя имеется большой люк, обеспечивающий легкий доступ для  чистки и визуального контроля.  
В составе небольшой установки мы рекомендуем использовать смеситель ВСЕЛУГ Торнадо 650 объемом 0,65 м3. Его техническая производительность составляет 5–6 м3/ч, что соответствует 7–8 т/ч смесей на  цементнопесчаной основе с насыпной плотностью 1,4 т/м3.  При изготовлении легких смесей с насыпной плотностью 0,6–1 т/м3, например на основе гипса или содержащих перлит и другие вспененные заполнители, производительность смесителя составит 3–6 т/ч. Если смеситель служит также для взвешивания загружаемых компонентов, приведенные цифры уменьшаются в два раза.  
Для упаковки смесей в клапанныемешки целесообразно использовать  фасовочную машину ВСЕЛУГ Аэропресс 1П, которая хорошо справляется с упаковкой продуктов различной дисперсности. Использовать машину ВСЕЛУГ Турбо 1П имеет  смысл только в отдельных случаях,  когда смесь обладает способностью  аэрироваться и при этом не обладает ярко выраженными абразивными  свойствами, например при изготовлении смесей на основе гипса.  
Техническая производительность машины составляет 250–450 мешков/ч. Производительность зависит от  величины дозы, насыпной плотности  и других свойств фасуемого продукта. 

Поскольку в подавляющем большинстве случаев смеси поступают в продажу в упаковке по 25 кг, в технологических расчетах производительность машины считают равной 7–8 т/ч.
Помимо гарантированной производительности автоматизация технологического процесса с использованием персонального компьютера дает следующие преимущества. Появляется возможность контролировать точность дозирования вяжущих и заполнителей в соответствии с заданным для этого компонента допуском. Отчеты о выпуске готовой продукции, об использовании основных компонентов, о точности дозирования основных компонентов могут формироваться в любых аспектах, представляющих интерес для анализа.
Автоматическое дозирование добавок в небольших установках, как правило, не применяется. Оператор высыпает предварительно взвешенную порцию добавок в установленную на смесителе воронку, оборудованную затвором с пневматическим приводом. В нужный момент по команде компьютера затвор открывается, и добавка вводится в смеситель. Использование автоматического дозатора добавок обеспечивает контроль качества продукции по составу, но на производительности установки никак не отражается.
Автоматизировать насадку пустых мешков, так же как и укладку наполненных мешков на поддоны, в установках малой производительности в нашей стране экономически нецелесообразно. Ни на скорость работы, ни на качество продукции автоматизация этих процессов фактически не влияет.
Общим недостатком малых установок является ограниченное число силосов для складирования вяжущих и заполнителей, как правило, от 3 до 5 штук (рис. 5). Лимитирующим фактором являются особенности использования винтовых конвейеров для подачи компонентов, обладающих абразивными свойствами. Конвейеры располагаются горизонтально или с незначительным углом подъема, их скорость вращения и длина ограничены, а требуемая мощность приводов довольно велика.
Помимо основного оборудования в состав всех рассмотренных выше установок входит также вспомогательное оборудование для аспирациии обеспечения сжатым воздухом.

 

Строительство небольшого завода  по производству сухих смесей башенного типа (рис. 6) целесообразно при  объемах продаж 10–50 тыс. т в год.  
Принцип вертикальной схемы  завода сухих смесей заключается в  размещении силосов сырьевых компонентов в верхней части башни над  вытянутой сверху вниз цепочкой  технологического оборудования.  
Сырьевые материалы поднимаются вверх один раз при загрузке их в силосы и далее, при прохождении всех  технологических операций происходит движение материалов вниз.  
 Гравитационная подача является главным достоинством завода с  вертикальной схемой размещения  оборудования. Транспортирующих  устройств между весами, смесителем и фасовочной машиной в этом  случае не требуется. При горизонтальном размещении оборудования  именно транспортирующие устройства создают проблемы при чередовании рецептур.  
 В отличие от установки, затраты на которую фактически равны стоимости оборудования, перечень затрат на завод с вертикальной компоновкой содержит также стоимость  строительномонтажных работ и затраты на инфраструктуру – подъездные пути и коммуникации, склады,  офисные и бытовые помещения,  транспортную технику.

Необходимость строительства мощной опорной конструкции, несущей нагрузку  
от заполненных силосов, является недостатком вертикальной схемы.  
 В основе любого проекта по производству сухих смесей лежат две  ключевые характеристики – часовая производительность и количество силосов исходных компонентов. 

Анализ заказов, полученных компанией «ВСЕЛУГ» в течение трех лет, показал, что интересам значительной части российских производителей сухих смесей отвечает небольшой завод мощностью  15 т/ч с количеством силосов исходных компонентов не более десяти.    
Использование ограниченного числа минеральных вяжущих и заполнителей вообще является отличительной особенностью российского производства сухих смесей. Этот факт можно объяснить, с одной стороны, ограниченным предложением подходящих компонентов в продаже, с другой – отсутствием выраженной потребности производителей смесей.  
Поскольку сумма затрат при строительстве завода в значительной мере определяется количеством  силосов исходных компонентов,  компания «ВСЕЛУГ» разработала  проект, предусматривающий возможность поэтапного наращивания  числа силосов от 4 до 10.

Такой подход дает возможность:  

– выходить на рынок со сравнительно небольшим ассортиментом продукции при минимальных первоначальных затратах;  
– наращивать число силосов исходных компонентов по мере необходимости в увеличении ассортимента продукции без остановки производства.  

 

Основой завода с наращиваемым числом силосов является металлоконструкция центральной секции, несущая на себе 4 силоса по 60 м3 (рис. 7) и имеющая габариты в плане 6×6 м. В трех ярусах под силосами на этой площади размещается технологическое оборудование для дозирования, смешения и упаковки; над силосами может устанавливаться виброклассификатор песка.
Одна из четырех сторон центральной секции (рис. 8) занята лестницей и шахтой для подъема поддонов с мешками, три другие резервируются для размещения шести дополнительных силосов по два силоса с каждой стороны. Опорой для каждой пары дополнительных силосов служат две вновь устанавли ваемые колонны и две колонны центральной секции, несущая способность которой рассчитана с учетом такой нагрузки.
При производстве цементнопесчаных смесей силосы центральной секции могут использоваться следующим образом: песок <0,5 мм, цемент, минеральная мука, гидратная известь (или другая фракция песка, или другой заполнитель). Из дополнительных силосов два предназначены для песка других фракций, четыре – для компонентов, загружаемых пневматически (белый цемент, глиноземистый цемент, гипс, мраморная мука, кварцевая мука, перлит и др.).
Количество силосов при проектировании завода может быть равно шести, восьми или десяти. Независимо от первоначального количества силосов фундамент рекомендуется делать в расчете на их максимальное количество.
Установка дополнительной секции не потребует остановки действующего производства более чем на сутки, если работы будут спланированы в следующем порядке:
– демонтаж стеновых конструкций на одной из сторон центральной секции;
– установка металлоконструкции и силосов дополнительной секции;
– монтаж и подключение винтовых конвейеров (одна рабочая смена);
– монтаж стеновых ограждающих конструкций.
Размещение технологического оборудования линии представлено на рис. 9. На верхнем этаже установлены двое бункерных весов ВСЕЛУГ В1500 С объемом 1,5 м3, на втором этаже – смеситель ВСЕЛУГ Торнадо 1200 объемом 1,2 м3, на первом этаже – фасовочный комплекс с двумя фасовочными машинами ВСЕЛУГ Аэропресс 1П.

При изготовлении смесей на цементнопесчаной основе с насыпной плотностью 1,4 т/м3 производительность линии составляет 15 т/ч. Тонкодисперсные продукты (минеральные вяжущие, мука) взвешиваются на одних весах, песок – на других. Компоненты из силосов подаются в бункерные весы последовательно в режиме «грубого» и «тонкого» потока с помощью винтовых конвейеров, длина которых сравнительно невелика благодаря тому, что силосы образуют компактную группу. Для прерывания подачи используются дисковые затворы с пневматическими приводами.
Смеситель объемом 1,2 м3 может поставляться в исполнении с разгрузочным клапаном или полностью открывающимся днищем. Первый проще в эксплуатации, второй легче чистить. Смеситель может быть оснащен также двумя разгрузочными клапанами, что дает возможность выгружать смесь в два отдельных бункера попеременно или по выбору.
Комплекс из двух фасовочных машин обслуживает один оператор, занятый насадкой пустых мешков. Наполненные мешки сбрасываются на ленточный конвейер и поступают на склад, где укладываются на поддоны.
Отличия в составе оборудования и системе управления касаются, главным образом, метода дозирования добавок и способа загрузки исходных компонентов в силосы.
Предварительно взвешенные вручную порции добавок могут вводиться в смеситель через воронку, размещаемую на третьем этаже. Недостаток этого способа очевиден: вбазе данных сохраняется информация о фактическом содержании минеральных вяжущих и заполнителей в каждом замесе, а информация о химических компонентах, определяющих основные эксплуатационные свойства смесей, отсутствует.
Вместо ручного ввода можно использовать одну из следующих опций:
– ручной ввод с контрольным взвешиванием;
– ручной ввод с контрольным взвешиванием и пневмоподачей;
– автоматическое дозированиепремиксов;
– автоматическое дозирование добавок.

 

Ручной ввод с контрольным взвешиванием является компромиссом.  Порции добавок готовятся вручную,  причем каждая добавка взвешивается  и хранится до момента ее использования отдельно. Вместо воронки  добавки последовательно высыпаются в контрольные бункерные весы  (рис. 10), алгоритм работы которых  аналогичен работе многокомпонентного дозатора, но в режиме слежения.  
 Для диалога компьютера с оператором имеется буквенноцифровой  дисплей и кнопка. На дисплей в соответствии с рецептурой выводятся  команды следующего вида: «ввести  MDX645 в количестве 3,3 кг». После ввода требуемой добавки оператор нажимает кнопку для подтверждения, а компьютер проверяет фактическую массу на попадание в заданный допуск и предлагает ввести следующий компонент.  
 Если погрешность превышает допустимое значение, компьютер прерывает работу, анализирует величину отклонения и выводит сообщение об ошибке. При незначительном превышении допуска делается предположение об ошибке приготовления навески.  
 При значительном отклонении по косвенному признаку идентифицируется  ошибочный ввод другого компонента.  Принять решение в любом случае предлагается человеку: для квитирования  ошибки необходимо ввести пароль.  
Ручной ввод с контрольным взвешиванием и пневматической  подачей (рис. 11) отличается только  местом расположения контрольных  весов, которые устанавливаются на  первом этаже для удобства работы  людей. К смесителю порция добавок подается с помощью пневмокамерного насоса. Делитель потока  под весами позволяет направлять  неисправимый брак в отходы.  
 Использование премиксов целесообразно в тех случаях, когда на  нескольких заводах сухих смесей  выпускается одинаковый ассортимент продукции и требуется обеспечить идентичность составов. В этом случае для каждого вида продукции  готовится комплексная добавка –  премикс, содержащая в нужных  пропорциях все входящие в состав  рецептуры малые компоненты.  
 Для перевозки хранения и ввода  премиксов используют бигбэги с  донными клапанами, которые играют  роль расходного бункера, из которого  премикс с помощью винтового конвейера подается в бункерные весы  (рис. 12).

Удобство бигбэга в том, что  вырабатывать его содержимое полностью не требуется. После изготовления нужного количества замесов донный клапан завязывают и перемещают бигбэг на склад, на его место устанавливают бигбэг с другим премиксом и приступают к изготовлению  следующего вида продукции.  
 Система автоматического дозирования добавок (рис. 13) аналогична дозированию основных компонентов. Она включает бункеры для складирования добавок объемом  1 м3, дозирующие шнеки и бункерные весы. Добавки в бункеры высыпаются из мешков вручную, количество бункеров может составлять от 5 до 20 штук.  
   За исключением песка, подаваемого от сушильного агрегата наверх  ковшовым элеватором, все остальные компоненты загружаются в силосы с помощью сжатого воздуха.  Для загрузки компонентов, доставляемых автомобильными и железнодорожными цистернами, дополнительного оборудования не требуется. Компоненты, доставляемые в  мешках или бигбэгах, нужно распаковывать. Для подачи их в силосы  используется пневмокамерный насос. Устройства для выгрузки сыпучих продуктов из мешков (рис. 14) и бигбэгов (рис. 15)

оборудованы рукавными фильтрами. Система аспирации завода в целом представляет собой набор автономных фильтров, установленных во  всех местах, где это требуется. Преимущество автономных фильтров по  сравнению с централизованной системой очистки в том, что уловленная  пыль сразу возвращается обратно в  процесс в местах ее возникновения.        
В заключение хотим еще раз подчеркнуть, что все приведенные  цифры по производительности оборудования относятся к случаю изготовления модифицированных смесей. При производстве смесей, не содержащих малых добавок, производительность представленных установок и завода может быть существенно – в 2–3 раза выше.