ВСТУП 4
ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 6
1.1 Асортимент та вимоги діючих стандартів до продукції 6
1.1 Вибір оксидного та мінерального складу шихти 10
1.3 Якісна та кількісна характеристика сировинних матеріалів 11
1.4 Обгрунтування вибору технологічної схеми та способу виробництва 16
1.5 Опис технологічної схеми виробництва 19
1.5.1 Підготовка та обробка сировини 19
1.5.2 Технологічний процес приготування шихти. 20
1.5.3 Технологічний процес підготовки склобою 21
1.5.4 Технологічний процес подачі шихти і склобою у піч 21
1.5.5 Технологічний процес одержання скломаси 22
1.5.6 Підготовка скломаси до формування 25
1.5.7Формування виробів з кришталю 27
1.5.8Відпал скловиробів 31
1.5.8 Декоративна обробка скла 32
1.5.9 Автоматичний та візуальний контроль якості виробів 33
1.5.10 Пакування готових виробів 34
1.5.11 Транспортування та складування готових виробів 35
1.6 Розрахунок складу шихти для скла 35
1.7 Матеріальний баланс склоутворення 37
1.8 Матеріальний баланс виробництва 40
1.9 Вибір та розрахунки кількості основного технологічного 42
обладнання 42
2 ТЕПЛО-ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 46
2.1 Розрахунок горіння палива 46
2.2 Тепловий баланс склоутворення 52
2.3 Конструкційний розрахунок печі 53
2.4 Тепловий баланс варильної зони та ККД печі 56
3 КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБНИЦТВА ТА АВТОМАТИЧНЕ РЕГУЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ 68
3.1 АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ЯК ОБ’ЄКТА АВТОМАТИЗАЦІЇ 68
3.2 ОПИС РОЗРОБЛЕНОЇ СХЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ 70
3.3 Специфікація устаткування, виробів та матеріалів 74
4 ОХОРОНА ПРАЦІ 75
4.1 Виявлення і аналіз шкідливих і небезпечних виробничих чинників та заходи щодо охорони праці 75
4.1.1 Повітря робочої зони 75
4.1.2 Виробниче освітлення 79
4.1.3 Виробничий шум і вібрації 80
4.1.4 Електробезпека 81
4.1.5 Безпека технологічних процесів і обслуговування обладнання 83
4.2 Пожежна безпека 84
5 ОРГАНІЗАЦІЙНО-ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА 87
5.1 Матеріальна, документальна та організаційна підготовка виробництва 87
5.1.1 Визначення оптимального ВРПП 87
5.1.2 Розрахунок ефективного фонду робочого часу підприємства 89
Показник 89
5.1.3 Розрахунок основної та додаткової заробітної плати робітників з нарахуванням 90
5.2 Баланс споживання основних засобів на підприємстві 93
5.3 Баланс споживання оборотних засобів на виробництві 94
5.3.1 Витрати на охорону праці та контроль якості 94
5.3.2 Розрахунок витрати електроенергії 95
5.3.3 Розрахунок витрати природного газу 96
5.3.4 Розрахунок витрати води 96
5.3.5 Витрати на сировинні матеріали 96
5.3.6 Вартість трудових ресурсів 99
5.4 Розрахунок техніко-економічних показників підприємства 100
Висновки 104
СПИСОК ВИКСОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 105
ВСТУП
Протягом багатьох років виробництво кришталевих виробів набирало популярності серед всіх верств населення. Так з кришталю почали виготовляти сортовий посуд будь-якої конфігурації, безліч предметів декору та, навіть, прикраси з імітацією дорогоцінного каміння.
Найбільш відомим представником розвитку кришталевої промисловості є австрійська компанія Swarovski [1], яка спеціалізується на виробництві розсипних кристалів та прикрас, а також виготовляє оптичне та світлове обладнання.
Це компанія, яка одна з перших, ще в 2012 році, перейшла на технологію Advanced Crystal, яка не містить оксиду свинцю. Компанія з кожним роком вдосконалює технології та має в асортименті понад 15000 варіантів комбінацій складу компонентів, що дозволяє надати кожному виробу особливих властивостей та кольорів.
Виробництво кришталевого посуду, що продовжує набирати обертів після відновлення в 2009 році, це Crystalite Bohemia [2], що відоме за традиційно унікальним чешським кришталем ще з давніх часів. Заводи даного бренду замінили обладнання в 2009 році та автоматизували виробництво для збільшення поставок на світовий ринок, раніше всі вироби були ручної роботи, що робило їх більш дорогими та малодоступними. З 2015 року Crystalite Bohemia повністю відмовилася від вмісту шкідливих компонентів у складі посуду, що збільшило попит на дану продукцію.
На сьогодні на території України немає жодного діючого підприємства, яке б вироблялоло кришталеве скло, хоча попит на даний вид продукції залишається незмінно вискомим. З огляду на те, що технологія виробництва кришталевих виробів є достатньо складною, вироби з такого типу скла завжди мали високу ціну на ринкуі, навіть у Чехії, де підприємств з виготовлення кришталю досить багатоа, що створює достатньо велику конкуренцію на ринку.
В Україні останніми діючими підприємствами з випуску кришталевих виробів були Київський завод кришталевого скла та Дніпродзержинський меткомбінат. Станом на 2018 рік зазначені виробництва припинили своє існування, а незадоволений попит на даний вид продукції швидко заповнили іноземні виробники, такі як Crystalite Bohemia, Luminarc, Swarovski та інші.
Таким чином, виникла актуальна необхідність створення вітчизняного виробника, який би був конкурентоспроможним на ряду з іноземними підприємствами, та мав би гнучке виробництво, з можливістю швидкої зміни асортименту в залежності від попиту на ринку.
ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА
1.1 Асортимент та вимоги діючих стандартів до продукції
В рамках даного проекту передбачено виготовлення кришталевих виробів типу келих об’ємом 250 мл, цукерниця, графін об’ємом 850 мл та декоративна ваза.
Дані типи кришталевих виробів відносять, відповідно до ГОСТ 24315-80 [3], до таких видів скла як скляний посуд та декоративні вироби зі скла. Отримання високоякісних виробів знаходиться в прямій залежності від ступені досконалості починаючи з обробки сировини, шихтування, варки скломаси і закінчуючи формуванням, відпалом та транспортуванням.
Технічні вимоги на зазначений вид продукції повинні відповідати діючим стандартам ГОСТ 30407-96 [4]. Цей стандарт поширюється на посуд та декоративні вироби з кришталю різного дизайну та конфігурації.
Форма, номінальні розміри, номінальна і повна місткість, допустимі відхилення номінальних розмірів, тип і розміри критшталевої продукції повинні відповідати кресленням, обговорені з споживачем або технічної документації на кришталеве скло конкретних видів продукції.
Загальними технічними вимогами до кришталевих виробів є форма, колір та декор виробу має відповідати зразкам-етелонам та їх технічним описам.
Декоративні та рельєфні зображення, логотипи, написи, торговельні марки, зазначені на кресленнях, повинні бути чітко виражені. Контрольні зразки з декоративними та рельєфними зображеннями, написами і логотипами рекомендується погоджувати зі споживачем.
На виробах з кришталю допускаються такі види дефектів, які не псують товарного вигляду, як:
оброблені відколи;
свіль та «мошка», яка рідко розміщенна;
сліди від поліровки та шліфування;
несуттєве відхилення від малюнка-еталона.
На кришталевих виробах не допускаються: налипання скла, скляні нитки і шипи, скляний пил в середині виробів, відкриті бульбашки, тріщини, сторонні включення, що мають навколо себе посічки, відколи, гострі шви, куточки і задирки, закриті бульбашки на зовнішній поверхні і сторонні включення в кількості і розмірах більше, ніж зазначені в табл. 1.1.
Таблиця 1.1 – Гранично допустима кількість і розмір включень в кришталевих виробах
| Розмір включення, мм | Група виробів | Кількість включень, шт |
| До 1 включно | Маленькі Середні Великі Особливо великі | 1 4 4 5 |
| Від 1 до 2 включно | Маленькі Середні Великі Особливо великі | 1 2 2 3 |
Овальність краю круглих виробів не повинна перевищувати 2 % від номінального діаметру; непаралельність краю площини дна не повинна бути більше ніж 1,5 мм для маленьких виробів, 3,0 мм для середніх виробів, 4,0 мм для великих та 5,0 мм для особливо великих виробів з кришталю.
А для виробів на ніжці, типу келих, непаралельність краю площини не повинна перевищувати 1,0 мм для маленьких виробів та 2,0 мм для середніх виробів.
Допускається різнотовщинність стінок на краю виробів не більше 20 % від номінальної товщини.
Маркування виробів наносять на паперову етикетку, які наносять безпосередньо на виріб (використання силікатного клею не допускається), (використання силікатного клею не допускається),
Маркування паперової етикетки повинно містити;
товарний знак або позначення, що дозволяє ідентифікувати виробника;
артикул;
позначення діючого стандарту;
номер форми;
дату виготовлення (рік - дві останні цифри).
Етикетку прикріплюють на кожен виріб. При пакуванні комплекту допускається прикріплення етикетки тільки на один виріб, при зборі сервізу – на найбільший виріб та не менше ніж на два інших.
Транспортне маркування вантажів - по ГОСТ 14192-96 [5] з нанесенням маніпуляційного знаку «Крихке. Обережно!». Допускається наносити додатково інші маніпуляційні з урахуванням типу упаковки, умов транспортування, якщо вони передбачені в технічній документації на конкретні види скляної упаковки або в договорі (контракті) на постачання.
Кришталеві вироби при транспортуванні і зберіганні повинні бути захищена від забруднень і атмосферного впливу. Виробник і споживач узгоджують види і типи упаковки, і вказують їх у технічній документації на конкретні види скляної упаковки в договорі (контракті) на постачання.
На транспортну упаковку (одиницю) поміщають ярлик або етикетку із зазначенням: найменування підприємства-виробника та / або товарного знака країни-імпортера; найменування, умовного позначення і призначення виробу; кількість кришталевих виробів одного виду і типу в транспортній одиниці; дата виготовлення; інформації про упаковку: літерного позначення матеріалу (GL - скло) і / або цифрового коду кольору скла (70 - безбарвне); символу можливості утилізації «Петлі Мебіуса» відповідно до технічного регламенту.
Зовнішній вигляд та колір скляної упаковки контролюють візуально. Допускається узгоджувати зі споживачем або з розробником даного стандарту візуально контрольовані допустимі і не допустимі дефекти. Розміри міхурів, сторонніх включень і довжину посічок контролюють вимірювальної лупою по ГОСТ 25706 [6] або іншими засобами вимірювань, що забезпечують задану точність.
Кришталь транспортують усіма видами транспорту у відповідності з правилами перевезення вантажів, що діють на кожному виді транспорту. При транспортуванні скляної упаковки на залізничних вагонах кількість рядів транспортних пакетів по висоті вказують в договорах (контрактах) на поставку.
Розміщення упаковок в тару та паперову упаковку виробів проводять починаючи з дальніх сторін транспортного засобу. Знизу потрібно розміщати велику продукцію, підвищеної механічної стійкості, прокладаючи по рядам товстого слою прокладного матеріалу. Всі вільні місця мають бути заповненні прокладним матеріалом.
Умови та термін зберігання кришталевих виробів:
• в умовах 1 (опалювальні приміщення) по ГОСТ 15150[7] - не більше 12 місяців від дати її виготовлення;
• в умовах 2 (закриті неопалювані приміщення) - не більше 10 місяців або в умовах 5(навіси) по ГОСТ 15150[7] – не більше 6 місяців від дати її виготовлення.
Після закінчення терміну зберігання проводять повторний контроль. При позитивних результатах, за погодженням із споживачем, приймають рішення про продовження терміну зберігання та / або використання даного виробу.
На всіх ділянках переміщення в процесі використання виробів повинні бути виключені удари, що викликають пошкодження та руйнування.
1.1 Вибір оксидного та мінерального складу шихти
Протягом останніх років майже всі виробники кришталевого скла почали переходити на технологію безсвинцевого барієвого скла, де PbO замінюють на BaO, що робить виробництво більш екологічним як для навколишнього середовища, так і для людей в цілому.
Для виробництва кришталевих виробів здебільшого використовують сполуки , які в процесі варіння утворюють оксиди, з мінімальною кількістю домішок, або ж чисті оксиди, щоб уникнути надлишкового газоутворення та небажаних включень [8].
Оскільки кришталь зазвичай є прозорим і характеризується особливим коефіцієнтом світлозаломлення, то вимоги до чистоти компонентів, що входять до складу шихти, є більш жорстокими ніж у решти сортового посуду [9].
Згідно з вивченною літературою було обрано відповідний оксидний склад шихти та проведено експериментальні дослідження по заміні окремих сполук, для максимальної екологізації виробництва. Склад шихт представлений в табл. 1.2.
Таблиця 1.2 – Хімічний та мінералогічний склад експериментальних зразків.
| Промисловий | І | ІІ | ІІІ | IV |
| SiO2 | SiO2 | SiO2 | SiO2 | SiO2 |
| BaCO3+Ba(OH)2 | BaCO3 | BaCO3 | BaO | BaO |
| ZnO | ZnO | ZnO | ZnO | ZnO |
| H3BO3 | H3BO3 | H3BO3 | H3BO3 | Na2B4O7*10H2O |
| KNO3 | K2CO3 | K2CO3 | K2CO3 | K2CO3 |
| NaNO3+Na2CO3 | Na2CO3 | Na2CO3 | Na2CO3 | Na2CO3 |
Так, найменшого спінення при найкращому проварі скла вдалось досягнути шляхом заміни нітратів калію і натрію на відповідні карбонати, суміші карбонату і гідроксиду барію на його оксид, а промислової борної кислоти на тетраборат натрію, з перерахунком відповідних компонентів шихти, що відповідає IV досліджуваному зразку. Такий склад дозволяє скоротити кількість викидів діоксиду вуглецю, та повністю виключити викиди NOx в порівнянні з промисловим складом, та не призводить до бурхливого піноутворення як у ІІ складі. Також дані зразки є прозорими у видимому діапазоні спектру, на відміну від зразку ІІІ складу. Що не є менш важливим, коефіцієнт світлового заломлення IV зразку знаходиться в межах норми для кришталю.
Процентне співвідношення оксидів у склі наведене у табл. 1.3.
Таблиця 1.3 – Оксидний склад скла, % мас.
-
SiO2
B2O3
ZnO
BaO
K2O
Na2O
Σ
53,05
2,2
1,89
27,03
14,06
1,77
100
Оксиди, що входять до складу кришталевого скла у вигляді домішок в шихтових матеріалах: Fe2O3 (<0,02 % мас.).
1.3 Якісна та кількісна характеристика сировинних матеріалів
Оксид кремнію в кришталевому виробництві вводиться збагаченним кварцовим пісоком вищого сорту, з вмістом оксиду заліза не більше 0,02 % мас. Якість якого оцінюється по його хімічному та гранулометричному складі. Головною вимогою до кварцовий піску є його чистота, оскільки підвищений вміст сторонніх оксидів призводить до небажаного забарвлення скла. Для варіння кришталевого скла використовують SiO2 з чистотою не менше 99 % і регламентованою кількістю забарвлюючих оксидів[10].
Якість кварцового піску характеризується хімічним (табл. 1.4), мінералогічним та зерновим складом, відповідно до ДСТУ 3165–95 [11].
Таблиця 1.4 – Родовище та хімічний склад кварцового піску
| Родовище і його коротка характеристика | Вміст оксидів, %мас. | ||
| SiO2 | Fe2O3 | Інші | |
| Новоселівське. Харківська обл., ст.Водолага | 99,53 | 0,038 | 0,43 |
Для отримання кварцового піску потрібного складу на виробництві передбачена хімічна обробка матеріалу, з можливість отримання вмісті оксиду феруму в зазначеному діапазону, тобто менше 0,01 % мас.
Регламентований гранулометричному склад кварцового піску передбачає найбільшу кількість фракції з розміром зерен від 0,1 до 0,5 мм, який складає не менше 90 % від загальної маси піску. Для прискорення процесу варки рекомендовано використовувати зерна гострокутної форми для збільшення реакційної поверхні.
На властивості кремнезем впливає так, що підвищує в’язкість скломаси і сприяє підвищенню швидкості машинного витягування, покращує механічні та хімічні характеристики, збільшує тугоплавкість скла, зменшує його здатність до гомогенізації, зменшує його показники заломлення, температурний коефіцієнт лінійного розширення та щільність, натомість збільшує термостійкість, але не змінює діелектричну проникність. Збільшується схильність до кристалізації.
Для зменшення спінення B2O3 вводиться за допомогою бури. Оксид бору вводиться в склад кришталю в невеликих кількостях для покращення та полегшенням провару і освітлення, зниження температури варки та покращення фізико-хімічних властивостей скла. Також для зменшення теплового розширення, поверхневого натягу та схильності до кристалізації, для збільшення термостійкості, хімічної стійкості та механічних властивостей.
Хімічний склад обраного тетраборату натрію, обраний відноповідно до ГОСТ 8429-77[12], предаставлений в табл. 1.5.
Таблиця 1.5 – Постачальник та хімічний склад тетраборату натрію декагідрату
| Постачальник сировини | Вміст оксидів, %мас. | ||
| B2O3 | Na2O | в.п.п. | |
| Українська торгова мережа | 36,52 | 16,26 | 47,22 |
Для введення в скло оксиду цинку використовують цинкові білила.
При додаванні ZnO зменшується термічний коефіцієнт лінійного розширення, температуру плавлення та в‘язкість, збільшується коефіцієнт заломлення та хімічна стійкість, також збільшується схильність до кристалізації та агресивність розтопу.
Хімічний та гранулометричний склад обраний і представлений в табл.1.6 згідно з ГОСТ 202-84[13].
Таблиця 1.6 – Постачальник та хімічний склад цинкових білил
| Постачальник сировини | Вміст оксидів, %мас. | |
| ZnO | в.п.п. | |
| ТОВ «Харьковпромхім», м. Харків | 99,97 | 0,03 |
Основним компонентом безсвинцевого кришталю є оксид барію, який вводиться оксидом для зменшення спінення та збільшення чистоти виробу.
Таблиця 1.7 – Постачальник та хімічний склад оксиду барію
| Постачальник сировини | Вміст оксидів, % мас. |
| ВаO | |
| ТОВ «Стартап Технолоджи» , м. Запоріжжя | > 99,8 (ч.) |
ВаО надає блиск виробу, збільшує його коефіцієнт заломлення та густину. Також знижує температуру плавлення та в‘язкість, збільшує коефіцієнт лінійного розширення, погіршує механічні та хімічні властивості.
Сировиною для введення оксиду калію є поташ К2СО3, хімічний та гранулометричний склад якого відповідає ДСТУ 3165–95 [11].
Таблиця 1.8 – Постачальник та хімічний склад К2СО3
| Постачальник сировини | Вміст оксидів, %мас. | |
| К2О | в.п.п. | |
| ТОВ «ПРОСТОР ХІМ», м. Київ | 68,16 | 31,84 |
Експериментальним шляхом було доведено, що заміна нітрату калію на його карбонат не призводить до суттєвих змін властивостей отриманого кришталевого скла.
Оксид калію покращує оптичні властивості, хімічну стійкість та
кольорові характеристики скла.
Цей лужний метал грає роль плавня, його вводять в склад скла для зниження температури варки. Він зменшує схильність до кристалізації, збільшує щільність та ТКЛР, знижується електроопір та зростає діелектрична проникність.
При зменшенні поверхневого натягу полегшується гомогенізація скломаси.
Основним матеріалом для введення оксиду натрію є Na2CO3, температура плавлення якого становить 854°С. Введення якого є більш екологічно безпечним та економічно вигідним. Хімічний та гранулометричний склад якого відповідає ДСТУ 3165–95 [11].
Таблиця 1.9 – Постачальник та оксидний склад соди
| Постачальник сировини | Вміст оксидів, %мас. | |
| Na2О | в.п.п. | |
| ТОВ «НОВОХІМ», м. Харків | 58,49 | 41,51 |
Також частина оксиду натрію вводить бурою, що призводить до меншої кількості викидів СО2 в атмосферу.
Властивості оксиду натрію в склі визначаються як зниження температури плавлення та в’язкості, зменшення схильності до кристалізацію, збільшує густину та тепловий коефіцієнт лінійного розширення, зменшується хімічна стійкість та знижується електроопір, зменшується мікротвердість.
1.4 Обгрунтування вибору технологічної схеми
та способу виробництва
Виробництво кришталя складається з таких процесів як підготовка сировини, отримання шихти, варіння скла, формування виробів обраного типу, їх відпалу, механічної та хімічної обробки, контролю готової продукції, пакування та доставки виробів на відповідний об’єкт. Таким чином необхідно обрати технологічну схему представлену на рис. 1.1.
При виробництві кришталевих виробів дуже важливо використовувати досить чисті та якісні компоненти, вміст в яких забарвлюючих компонентів максимально наближений до нуля. Також, не менш важливим є умови зберігання сировини до потрапляння її в виробничий процес. Так вся сировина має знаходитися в спеціально обладнаному приміщенні, з відповідною до стандарту вологою, для запобігання злежуванності та комкування сировини.
Підготовка сировини відбувається для подальшого отримання шихти, від якості та однорідності якої залежить подальша доля звареної скломаси.
Для варіння скла в даному проекті було обрано ванну скловарну рекуперативну піч, продуктивність якої складає 10 т/доба. Вибір даного тепло-технологічного агрегату пов’язаний з можливістю майже повної автоматизації виробництва, що виключає можливу похибку від людського фактору, що значно зменшує кількість браку.
Для формування скловиробів на дільниці підприємства знаходяться 3 склоформуючих машини різного типу, для можливості виготовляти вироби різної конфігурації. Але оскільки кришталеві вироби ціняться за вклад ручної роботи, то також представдена лінія з виробництва декоративних виробів ручної роботи.
Після формування вироби проходять стадію відпалу та механічної обробки, що представляє собою нанесення певного візерунку на поверхню кришталевих виробів.
Контроль якості відбувається на кожному етапі виробництва, браковані вироби йдуть на зворотній склобій, разом з відходами виробництва.
Пакування відбувається в картонні коробки, з подальшим транспортуванням на склад або на прилавки до споживачів.
Рисунок 1.1 – Технологічна схема виробництва кришталя
1.5 Опис технологічної схеми виробництва
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 18