Производство минеральной ваты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Технология производства

 

Производство минеральной ваты включает следующие процессы: подготовку сырья; плавление сырья и получение силикатного расплава; переработку расплава в волокно; формирование минераловатного ковра; рулонирование минераловатного ковра. Общая технологическая схема производства минеральной ваты приведена на рис. 1.

 

Склад основного сырья

Склад корректир. добавок

 

 

Подготовка и дозирование основного сырья

Подготовка и дозирование добавки

 

Бункер

 

Ленточный конвейер

 

Получение шихты

 

Плавление шихты и Получения силикатного расплава в плавильных печах (вагранка)

  

Переработка силикатного расплава на минеральное волокно

 

Камера волокноосождения

 

Склад минеральной ваты

 

Рисунок 1. Общая технологическая схема производства минеральной ваты

 

Силикатные расплавы для производства минеральной ваты получают путем плавления сырья в печах следующих типов: шахтных (вагранках), ванных электродуговых. В стадии освоения находятся циклонные и конверторные печи.

Вагранки - наиболее распространенный тип шахтной плавильной печи непрерывного действия, в которых разогрев и плавление шихты происходят по принципу противотока разгрузочная секция оснащена двумя окнами: загрузочным и смотровым. Загружают сырье в вагранку через загрузочное окно, оснащенное механизмом загрузки, который представляет собой водоохлаждаемый лоток, поворачивающийся вокруг горизонтальной оси. В нерабочем положении лоток закрывает загрузочное окно.

Загружаемые в вагранку шихта и кокс поочередно попадают на распределитель шихты, а с него в зону подогрева, где происходит удаление адсорбционной и химически связанной воды, а по мере опускания шихты - декарбонация МgСО3 (при температуре более 600°С) и СаСО3 (при температуре выше 900°С) с выделением СО2.

В процессе плавления шихта постепенно опускается и попадает в зону плавления, где при температуре 1500…1800°С переходит в жидкое состояние и поступает в нижнюю часть вагранки - горн. Здесь расплав накапливается и гомогенизируется по составу и температуре. Оптимальная высота горна 600…750 мм. Из горна минеральный расплав выпускают через летку на сливной лоток. Летка выполнена в виде отверстия диаметром 55…65 мм в водоохлаждаемом корпусе, вставляемом в специальный проем ватержакета. Ватержакет - это металлический цилиндр с двумя стенками, между которыми постоянно циркулирует охлаждающая вагранку вода, предохраняющая ее корпус от перегрева

 

Рис. 2. Вагранка ватержакетная

1-фурмы; 2- ватержакет; 3 - труба для  отвода воды; 4 -загрузочное окно; 5 - искрогаситель; 6-патрубок для  удаления уноса; 7- шахта; 8- люк для осмотра и выполне ния ремонтных работ; 9- компенсаторы; 10-труба для подвода воды; 11-воздушный коллектор;  12-летка; 13 — днище.

Свойства силикатного расплава

При производстве волокнистых теплоизоляционных материалов из неорганического сырья следующим после подготовки сырья является общий для всех видов, волокна технологический передел - получение расплава. Поскольку в расплавах для получения минерального волокна обязательно присутствует SiO2 , речь пойдет о силикатных расплавах.

При получении силикатных расплавов протекают сложные и разнообразные физико-химические процессы, характер которых определяется составом шихты и температурой. Во всех случаях происходят процессы силикато- и стеклообразования. Силикатообразование начинает протекать между материалами в твердом состоянии при относительно низких температурах (400-600С), однако скорость реакции при этом невелика. Интенсификация этих процессов наступает при появлении жидкой фазы, которая образуется в объеме шихты вследствие плавления легкоплавких компонентов и возникновения эвтектических соединений.

Возможность химических взаимодействий определяется законами химической термодинамики, а при наличии благоприятных термодинамических условий-действием кинетических факторов, обеспечивающих протекание реакций. Одним из таких факторов является поверхность контакта. Чем больше площадь непосредственного контакта зерен компонентов, тем быстрее протекают реакции этого типа. Площадь поверхности контактов для шихты одного и того же объема растет с увеличением дисперсности зерен. Таким образом, измельчение компонентов шихты способствует ускорению реакций силикато-образования и гомогенизации расплава, которая необходима для получения стабильных свойств волокна.

Для перевода твердой фазы в жидкое состояние нужно затратить энергию на преодоление сил, действующих между элементами его решетки: плавление наступает тогда, когда средняя энергия колебаний элементов решетки достаточно велика для нарушения связи между ними. До недавнего времени считалось, что структура жидкостей даже при температурах, близких к температуре кристаллизации, лишена какой-либо упорядоченности. В действительности в отличие от кристаллов так называемый «дальний порядок» в расположении молекул или атомов в жидкости отсутствует. Однако есть «ближний порядок», т.е. правильность расположения частиц в непосредственной близости от любого данного атома (или) молекулы, затухающая с расстоянием. В настоящее время наиболее распространен взгляд на силикатные расплавы как на ионные жидкости. Стеклообразователем является кремневая кислота.

Основными свойствами силикатных расплавов, влияющими на свойства минеральных волокон, получаемых из них, являются вязкость, поверхностное натяжение и кристаллизационная способность.

Вязкость - свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой, обусловленное внутримолекулярным трением.

Силикатные расплавы, если они не содержат кристаллических взвешенных частиц, ведут себя как нормальные ньютоновские жидкости. При температурах ниже верхнего предела кристаллизации в них наблюдаются признаки структурирования, что приводит к ухудшению качества получаемого волокна.

Температурная зависимость вязкости. С повышением температуры вязкость силикатных расплавов понижается вследствие усиления броуновского движения, ослабления и разрыва связей между структурными группами и распада ассоциаций. Охлаждение вызывает обратные изменения. Кристаллизационная способность силикатных расплавов подчиняется универсальной закономерности: минимум кристаллизационной способности соответствует составам, в которых в качестве первых фаз выделяются из расплава одновременно два и более видов кристаллических соединений разного состава. Им соответствуют эвтектические точки, границы полей на диаграммах состояния; другими словами, чем ниже температура ликвидуса, тем более стабильно стекло. Для предотвращения или ослабления кристаллизации необходимо ввести в состав расплава любой оксид, не входящий в состав первой кристаллической фазы и не способный оказаться затравкой, либо уменьшить содержание оксидов, входящих в состав первой фазы.

Структура и свойства силикатного расплава зависят от его химического состава. В соответствии с ионной теорией влияние различных оксидов на вязкость и температуру кристаллизации силикатных расплавов объясняется следующим. Если катион оксида является комплексообразующим, то рост его содержания в расплаве будет повышать вязкость расплава вследствие увеличения размеров комплексных ионов или повышения их концентрации в расплавах. К таким оксидам относятся, например, SiO2 , А12О3 , Fе2О3 + FеО , СаО,Мg0. Вязкость и поверхностное натяжение силикатных расплавов являются основными свойствами расплава, определяющими его способность к волокнообразованию. Переработка силикатных расплавов в волокно происходит в основном в интервале температур 1300-1400С, вязкость при этом должна находиться в пределах 0,5-5 Па-с.2 - повышает вязкость силикатных расплавов и химическую стойкость волокон в любых средах; удлиняет интервал вязкости;

В2О3 - оказывает сильное флюсующее действие, уменьшает поверхностное натяжение расплава и температуру верхнего предела кристаллизации, значительно улучшает выработочные свойства, увеличивает длину волокна, повышает устойчивость волокон к воде, но понижает устойчивость « кислотам и щелочам;

А12О3 - повышает вязкость и поверхностное натяжение расплавов, прочность и модуль упругости волокон, а также устойчивость к воде, кислотостойкость, температуростойкость;е2О3 -снижает вязкость расплава, повышает поверхностное натяжение и химическую устойчивость;

СаО, Мg0 - при высоких температурах понижают вязкость расплава, повышают склонность к кристаллизации. При содержании СаО, равном 45%, вязкость возрастает, так как образуется СаЗ. Влияние МдО на снижение вязкости особенно заметно при повышении содержания до 9% и более. Повышение содержания Мg0 за счет СаО приводит к значительному повышению химической стойкости волокон.

ТiO2 - улучшает химическую устойчивость ко всем средам, является хорошим плавнем и значительно снижает вязкость расплава, но повышает склонность к кристаллизации;- очень сильно повышает устойчивость ко всем средам и является единственным окислом, который делает многокомпонентные стекла устойчивыми к щелочам; , увеличивает тугоплавкость расплава и повышает склонность к кристаллизации. Введение ZnO2 осуществляется, как правило, за счет SiO2;- в небольших количествах оказывает положительное влияние на химическую устойчивость, снижает вязкость и уменьшает склонность к кристаллизации;еО - снижает вязкость, но повышает поверхностное натяжение расплава, снижает начальную температуру разрушения волокон, одновременно повышая температуру спекания.

Способы переработки расплава в волокно

Центробежно-фильерно-дутьевой способ (ЦФД). При этом споссибе формируются тонкие струи за счет центробежной силы вращающейся чащи с Отверстиями и последующей их обработки горячими газами. Применение вращающейся чаши с множеством фильер (n= 2000 шт.) диаметром менее 1 мм позволяет получить стабильные микроструйки расплава и создать устойчивые и регулируемые условия воздействия аэродинамических сил. Схема установки приведена на рис.3.

Струя расплава через полый шпиндель- поступает в чашу 1. Под действием центробежных сил расплав выходит через отверстия в виде тонких струек и вытягивается как за счет центробежных сил, так и аэродинамических сил горячих газов, выходящих из кольцевого сопла 2. Поток газов направлен вниз и увлекает образовавшиеся волокна в камеру волокнообразования 3.

Этот способ позволяет получать даже ультратонкое волокно (1—2 мкм), причем неволокнистые включения полностью отсутствуют.

Рис.3. Схема центробежно- фильерно-дутьевой установки

 

 

Формование минераловатного ковра

Минераловатный ковер формируется в камере волокноосаждепия, которая состоит из металлического каркаса, обшитого листовой сталью, с тепловой изоляцией. Дном камеры является сетчатый или пластинчатый конвейер с шириной, равной ширине камеры. Отсос отработанного воздуха из камеры происходит под конвейером, что способствует осаждению на него волокон ваты.

В зависимости от направления энергоносителя при переработке расплава камера может быть,горизонтальной и вертикальной. Длина камеры зависит от способа получения волокна. При дутьевых способах камера должна быть длинной во избежание завихрений от удара потока энергоносителя о торцовую стенку.

В камеру волокноосаждения для обеспыливания и повышения эластичности волокна вводят замасливатель, главным образом эмульсол, в количестве до 1 % массы волокна. В ряде случаев при изготовлении изделий в камеру волокноосаждения методом распыления вводят связующее. Для уплотнения выходящего из камеры слоя ваты служит подпрессовочный валик на выходе из камеры. По выходе из камеры волокноосаждения ковер закатывается в рулон в случае выпуска сырой (комовой) ваты или передачи ее на внепоточную установку для переработки в изделия. В рыхлом виде минеральную вату применять нецелесообразно по следующим причинам:

1) при транспортировании и хранении  вата уплотняется и ее теплоизоляционные  свойства ухудшаются;

2) укладка рыхлой ваты в конструкции  требует большой затраты ручного  труда, причем создаются тяжелые антигигиенические условия вследствие пыления и колючести ваты;

3) теплоизоляционные свойства конструкции  с рыхлой минеральной ватой  могут ухудшаться в результате  уплотнения, от сотрясений, особенно  при вибрации.

Перечисленные недостатки рыхлой минеральной ваты в значительной степени устраняются при изготовлении из нее изделий [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Режим работы завода и основных цехов

 

Режим работы завода, цехов определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих часов в смене.

Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий вяжущих веществ.

При 8-часовой работе в смену режим работы предприятий строительных материалов рекомендуется следующий:

• для цехов с обжигом или другим непрерывно действующим оборудованием принимается работа по непрерывной рабочей неделе 365 дней в году при трехсменной работе цеха в сутки с учетом коэффициента использования оборудования для его ежегодного капитального ремонта (принимается равным 0.85-0.90),то есть Д = 365 • Кисп;
• для цехов с периодической работой оборудования по заготовке сырья и полуфабрикатов, подготовке сырьевой смеси принимается по непрерывной рабочей неделе с 260 рабочими днями в году при условии создания необходимого запаса  материалов, а количество смен в сутки - две, с тем, чтобы в третью смену можно было провести текущий и  профилактический ремонт оборудования;
• для складов сырья и готовой продукции, обслуживаемых железнодорожным транспортом применяется трехсменная работа по непрерывной рабочей неделе с 365 рабочими днями в году, при использовании других  видов транспорта - как правило, односменная работа с 260 рабочими днями в году.