Производство Стеклосиликата

Автоклавы , применяемые в промышленности строительных материалов, имеют диаметр 2 – 3,6 м, длину 17 – 21 м; рассчитаны на рабочее давление пара 0,8 – 1,2 МПа и температуру до 174 – 187 С. ( Рис.3.) [7]

 

Рис.2. Автоклав

 

Дробление мела происходит в молотковой дробилке.

Дробилка (камнедробилка)  — оборудование для дробления, то есть механического воздействия на твердые материалы с целью их разрушения [8].

Дробилки  пригодны для разрушения материала  на куски меньшего размера. Разделяют в зависимости от крупности дробленного материала дробилки крупного, среднего и мелкого дробления. Основные виды дробилок:

• щековая;
• валковая;
• конусная.

Молотковые  дробилки - используются для дробления  материалов невысокой прочности, измельчение производят ударом и частично истиранием. Расчет и конструирование дробилок ударного действия производятся на основе закона движения и импульсов сил при соударении двух абсолютно упругих или неупругих тел. (Рисунок 4).

 

Рис. 4. Молотковая дробилка

 

Для получения одноформовочной массы путем смешения жидкого стекла наполнителя и добавок сырьё поступает в смеситель вертикального типа.

Для приготовления смесей и растворов применяются смесители  различной конструкции. Любая смесительная .машина состоит из смесительной емкости, рабочих органов с их приводом, загрузочных и выгрузочных устройств. Смесительные машины классифицируют по следующим основным признакам: условиям эксплуатации, режиму работы и способу смешивания.По способу смешения смесители подразделяют на:

• гравитационные ( барабанные);
• принудительного действия (лопастные).

По конструкции рабочих  органов:

• с цилиндрическим грушевидным барабаном;
• с двухконусным барабаном;
• с вертикально расположенными смесительными валами (тарельчатого типа);
• с горизонтально расположенными смесительными валами (лоткового типа). [9]

Турбулентный смеситель  состоит из неподвижной бочкообразной  емкости, которая установлена на массивной раме ротора-активатора, как правило, расположенного в нижней электродвигателя.

Именно благодаря простоте конструкции и хорошим эксплуатационным характеристикам, турбулентные смесители  активно используются  производителями строительных материалов.

Некоторые ограничения к  применению компенсируются высокой  скоростью смешивания при относительно небольшой загруженности оборудования.

Сам же принцип турбулентного  перемешивания, который базируется на создании высоких градиентов скоростей, способствует равномерному распределению в приготавливаемом растворе различных включений и добавок (пигменты, пластифицирующие добавки, фибра).

Быстро вращающийся активатор  создает турбулентные завихрения, и  поэтому воздействие на компоненты приготавливаемой смеси при перемешивании осуществляется не столько ротором установки, сколько динамическим возмущением среды.

Подобное воздействие  позволяет получать высококачественные подвижные растворы при минимальном разрушающем воздействии на применяемые наполнители.

Так как компоненты смеси  имеют очень непродолжительный  контакт с механической частью смесителя, можно с уверенностью сказать, что  турбулентные смесители обеспечивают бережное перемешивание компонентов приготавливаемого раствора (к примеру, фибры). (рисунок 5)

 

 

 

Рис.5. Смесители вертикального типа

 

Формовочная смесь проходит фильерную пластину и, разбиваясь на капли, падает в ванну, заполненную раствором хлорида кальция; капли превращаются в гранулы, устойчивость которых обеспечивается прочным поверхностным слоем из кремнегеля; температура раствора 22 – 30 0С; продолжительность обработки 40 мин; в результате грануляции образуется бисер.

Процесс заплывания расплава по поверхности фильерной пластины можно условно разделить на несколько стадий (рис. 1.). Рассмотрим совокупность факторов, которые предопределяют протекание отдельных стадий процесса заплывания расплава по фильерной пластине.

На первой стадии, под  действием сил гравитации, расплав  проходит через отверстие фильеры  и образует в нижней части фильеры  сферическую луковицу, которая удерживается на  фильере силами сцепления  и силами поверхностного натяжения. С течением времени луковица увеличивается и когда ее вес превышает  силы сцепления, часть луковицы отрывается от фильеры и падает вниз, вытягивая за собой нить. Полученные таким образом нити из всех фильер заправляются в вытягивающее  устройство, которое обеспечивает беспрерывную вытяжку нитей.  Часть луковицы остается на кончике фильеры и служит источником расплава для дальнейшего образования нити. При этом необходимо соблюдение равенства количеств расплава, которое поступает в луковицу из фильерного отверстия и уносимого из луковицы в теле вновь образованной нити. Однако,  даже при соблюдении этого условия,  расплав в основании луковицы с течением времени расплывается по горизонтальной образующей фильеры, переходя во вторую стадию процесса, что объясняется действием сил сцепления между расплавом и металлом фильерной пластины.  На платиновой пластине это явление выражено слабо. На пластине из жаростойких сплавов процесс растекания происходит довольно интенсивно. (Рисунок 6,7)

Рис.6. Стадийность растекания расплава по  поверхности фильерной пластины: а- фильера; б - расплав; в – «луковица»; г – волокно; 1  стадия – образования луковицы,  из которой вытягивается нить; 2  стадия – растекание расплава по горизонтальной образующей фильеры; 3  стадия – затекание расплава вверх по вертикальной образующей фильеры; 4  стадия – растекание расплава по горизонтальной поверхности пластины; 5 стадия – полное заплывание пластины и прекращение процесса вытягивания    нити.

 

Рис. 7. Фильерные питатели

 

Капли формовочной массы , образующиеся с помощью пластины, попадают в раствор. В растворе на поверхности гранул формируется прочная плёнка  из кремнегеля, на котором адсорбированно СаО. Таким образом формируется мелкая гранула.

 Бисер, отфильтрованный  из раствора соли, по ленточному конвейеру (рисунок 7) транспортируется в сушильный барабан, где обрабатывается до остаточной влажности 27 – 30 %.

Ленточные конвейеры служат для транспортирования мелкозернистых, мелкокусковых (до 60 мм ) и среднекусковых (до 160 мм ) насыпных грузов с объёмной массой до 2 т/куб. м., высотой подъёма до 50 м и производительностью от 10 до 200 куб. м /час.

Рис.8. Ленточный конвейер

 

Сушильные барабаны - предназначены  для сушки сыпучих материалов топочными газами. Применение находят  в производстве строительных материалов, в различных линиях для тепловой сушки известняка, глины, песка, мела и других сыпучих материалов размером частиц до 60 мм.(Рисунок 8)

Принцип работы устройства заключается в том, что при  вращении корпуса барабана происходит перемещение материала в направление разгрузочной камеры. Горячий воздух поступает в корпус и, соприкасаясь с материалом, нагревает его. Происходит испарение влаги в содержимом корпуса. Режим сушки для различного материала меняется в зависимости от влажности сырья на входе в барабан и требуемой влажности готового материала.

 

 

Рис. 8. Сушильный барабан

 

Вспучивание бисера осуществляется в печах различного типа (вращающиеся, кипящего слоя). В печи материал подвергается обработке в течении 3 минут при Т = 350 – 400 С. В печи происходит вспучивание гранул, за счёт испарения связанной воды в момент перехода материала в пиропластичное состояние.

В курсовом проекте представлена шахтная печь. (Рисунок 9)

Шахтная печь представляет собой шахту, имеющую вид полого цилиндра или составленную основаниями из двух усеченных конусов. Шахта имеет загрузочное и выгрузочное устройства. По высоте шахты в двух уровнях размещены радиоактивные или штанговые указатели уровня. Твёрдое топливо попадает в печь так же как и сырье. В случае применения газового или жидкого топлива печь оборудуют горелками. В верхней части шахты размещён двухклапанный механизм загрузки, устанавливаемый на раме.К низу рамы крепится коническая обечайка, вверху – роликовые опоры. На последние установлена вращающаяся чаша с венцовой шестерней. Между рамой и вращающейся чашей расположен песочный затвор, предохраняющий выход газов из печи. Чаша в верхней части имеет вертикальные колосники, к которым крепится конус, являющийся одновременно направляющей для пустотелой тяги. Нижняя часть подвижной чаши имеет коническую форму, выходное отверстие которой закрывается конусом, закреплённым на тяге.

Выходное отверстие конической обечайки перекрывается конусом, укреплённым на штанге. Поочерёдное открывание конусов производится автоматически во время движения ковша скипового подъемника. Верхний конус закрывается под действием собственного веса, а нижний – противовесом.

Описанное загрузочное устройство наиболее механизировано и отвечает технологии обжига и техники безопасности. В зависимости от производительности шахтных печей в их загрузочных устройствах применяются вращающиеся чаши вместимостью 0,8 – 2,0 м3. Длительность цикла поворота чаши 30 – 60 с. Частота вращения 1,3 – 2,7 об/мин. Мощность электродвигателя привода 1,7 – 2,2 кВт. Применяются скиповые подъемники с лебедками грузоподъемностью 4 – 8 т, скоростью подъема ковша 0,4 – 0,65 м/с; объемом ковша 0,5 – 1,5 м3 и мощностью электродвигателя привода лебедки 14 – 20 кВт.

В нижней части печи установлено  выгрузочное устройство, состоящее  из решетки, вертикального вала с  конической зубчатой парой, бункера, подпятника и привода.[7]

Рис. 9. Шахтная печь

Газообразователем в данной технологии является вода, которая при нагревании отделяется от силикатов и превращается в пар. В этот момент затвердевшее жидкое стекло переходит в пиропластичное состояние. Происходит равномерно распределённое вспучивание.

Полученные гранулы классифицируют по размеру, далее их можно использовать для получения композиционных материалов. Материал можно использовать как уже готовый теплоизоляционный в виде засыпки или же как основу для изделия на его базе.

Рисунок 10. Склад закрытого  типа

Далее полученный стеклопор смешивая в определенной пропорции с жидким стеклом и загружают в формы из жароупорного материала с меловой обмазкой, с последующим отделением избытка связки через перфарированное днище формы при вибрации. Формы на вагонетках или по роликовому конвейеру подают в туннельную печь.

После отверждения связующего получается легкий теплоизоляционный  материал, который в последующем  проходит контроль качества и поступает на склад готовой продукции или же на поставки потребителю.

 

2.6  Физико – химические процессы формирования структуры материала

Отличительной особенностью теплоизоляционных и акустических мате-риалов является высокопористая структура, обеспечивающая их функциональные свойства. При получении этой группы материалов стремятся увели-чить объем пор и создать соответствующий характер пористости. Например, для теплоизоляционных материалов целесообразна мелкопористая структура с равномерным распределение замкнутых пор в объеме изделия.

Различают следующие группы способов поризации материалов, позволяю-щие направленно регулировать объем и характер пористости:

– вспучивание – способ основан на выделении в пластично-вязкой массе или введении в нее газовой фазы, которая насыщает массу, увеличивает ее объем, формирует ячеистую структуру; варианты вспучивания: низкотемпера-турное газообразование, высокотемпературное газообразование, пенообразвание (воздухововлечение); используют в производстве ячеистых бетонов, пеностекла, пенопластов, гранул из растворимого стекла, вспученного вемикулита и перлита;

– удаление порообразователя – способ основан на испарении или выжига-нии порообразователя, которые происходят при воздействии повышенной температуры; при этом объем поризуемой массы не изменяется; варианты способа – высокое водозатворение; введение выгорающих добавок; используют в технологии древесноволокнистых плит, акустических минераловатных плит; в производстве керамических высокопористых материалов;

– неплотная упаковка – способ основан на свойлачивании (перепутывании) волокон, механическом диспергировании и рассеве зернистых компонентов массы; реализуется в производстве минеральной ваты, древесноволокнистых плит, гранулированных теплоизоляционных засыпок;

– контактное омоноличивание – способ основан на склеивании зернистых

и волокнистых элементов  структуры в местах контакта с  помощью тонких

прослоек; реализуется в  производстве минераловатных изделий на связущем; бетонов на пористых заполнителях;

– объемное омоноличивание – способ основан на заполнении пустот между высокопористыми зернами; реализуется в производстве композитов из

вспученного перлита и  вермикулита, стеклопора;

– создание комбинированных структур – способ предполагает сочетание

нескольких приемов поризации; например, в производстве композиции из

гранулированной минеральной  ваты и полимерного связующего.

В курсовом проекте предусмотрена  стадия вспучивания. Вспучивание жидкостекольной массы происходит за счет связанной воды в момент перехода материала в пиропластическое состояние.

Размер пор во вспученном продукте зависит от количества химически  связанной воды и наличия добавок  в исходном щелочном силикате: первые вызывают увеличение, а вторые – снижение размера воздушных пор. Особенно большое влияние на уменьшение размера пор оказывают активные по отшению к жидкому стеклу добавки (кислоты, кислые соли, спирты). Большинствовеществ, вызывающих коагуляцию жидкого стекла или образование труднорастворимых силикатов, подавляет вспучивание жидкого стекла. При этом после термообработки материал имеет лишь гелевые поры, а их объем нелик. Медленный режим нагрева жидкого стекла или твердых гидративных щелочных силикатов, сопровождающийся существенной потерей химически связанной воды, также приводит к резкому уменьшению размера пор. Вспучивание гранулята осуществляется за счет испарения содержащейся в жидком стекле связанной воды в момент перехода материала в пиропластическое состояние. Температура размягчения растворимого стекла тем ниже, чем больше воды в нем содержится. Вместе с тем чрезмерно большое количество воды во вспучиваемом материале приводит к его растрескиванию или