Производство минеральной ваты

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Общая характеристика и свойства минеральной ваты

2. ТЕХНОЛОГИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ

2.1Сырьевые материалы

2.2Печи для получения силикатного расплава

2.3Свойства силикатного расплава

2.4Способы переработки расплава в волокно

2.5 Связующие вещества и способы их смешивания с минеральной ватой

2.6 Формование минераловатного ковра

3. РАСЧЕТ СОСТАВА ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ

3.1Метод составления и решения алгебраических уравнений

3.2Метод последовательного приближения

3.3Расчет шихты

3.3.1Метод составления и решения уравнений

3.3.2Метод последовательного приближения

4. РАСЧЕТ МИНЕРАЛЬНОГО БАЛАНСА

5. НАЗНАЧЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ

5.1Виды теплоизоляционных изделий из минеральной ваты

6. КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ И ИЗДЕЛИЙ

7.ЛИТЕРАТУРА

Общая характеристика и свойства минеральной ваты

Технические требования к минеральной вате приведены в ДСТУ Б В.2.7942000 (ГОСТ 464093).Минеральная вата (минвата, минераловатный утеплитель, каменная вата) — волокнистый теплоизоляционный материал на синтетическом связующем, получаемый исключительно из минерального сырья — силикатных расплавов горных пород (часто используются силикатные расплавы из доменных шлаков, смесей осадочных и изверженных горных пород).Минеральная вата, т.е. вырабатываемое промышленным методом минеральное волокно, по своим свойствам очень напоминает асбестовое волокно. Она характеризуется значительной устойчивостью к высоким температурам и действию химических веществ[3]. Минеральная вата обладает также отличными тепло и звукоизоляционными свойствами. В строительстве она может почти полностью заменить асбестовое волокно. В настоящее время вырабатывается значительное количество минеральной ваты, находящей широкое применение в строительстве.Цвет минеральной ваты белый, светлосерый, зеленоватый, коричневый, темно-бурый. Высокие теплоизоляционные свойства минеральной ваты обусловлены наличием большого количества воздушных пор: пористость достигает 95—96% . Диаметр волокон ваты колеблется от 1 до 10 мкм. С увеличением диаметра волокна увеличивается теплопроводность, поэтому стандартом ограничен диаметр волокна — не более 8 мкм. Длина волокна колеблется от 2—3 мм до 20— 30 см. Средний диаметр волокон и их длина зависят как от химического состава расплава, так и от ряда технологических факторов. Чем длиннее волокно, тем более упругими и прочными получаются изделия.Помимо волокон вата содержит частицы расплава, не вытянувшиеся в волокно. Эти включения получили название «корольки». Форма этих частиц в сновном сферическая. Корольки повышают теплопроводность минеральной ваты, являясь «мостиками» передачи тепла.Объемная масса минеральной ваты зависит от среднего диаметра волокна, содержания корольков и степени уплотнения. Стандартом предусмотрено определение объемной массы при удельной нагрузке 0,002 МПа, что соответствует нагрузке, которую испытывает вата в процессе эксплуатации. При одинаковой удельной нагрузке объемная масса возрастает с увеличением диаметра и содержания корольков. Стандартом предусмотрен выпуск ваты марок 75, 100, 125. Содержание корольков размером свыше 0,25 мм ограничивается стандартом: для марок 75—12%; 100—20%, 125—25%.Водопоглощение минеральной ваты при погружении в воду очень велико —до 600%).. Гигроскопичность колеблется от 0,2 до 2%. Грибоустойчивость минеральной ваты зависит от условий эксплуатации. Минеральная вата не является благоприятной средой для развития грибов. Однако под действием органических кислот, выделяемых грибами, минеральная вата может разрушаться. Повысить грибоустойчивость можно путем повышения кислотности волокон.Температура спекания ваты 700—800°С, соответственно температура применения 600—700°С. Расстекловывание ваты может происходить уже при 500°С.

Кислая вата меньше подвержена расстекловыванию. Минеральная вата обладает огнезадерживающими свойствами благодаря негорючести и малой теплопроводности. Теплопроводность зависит от диаметра волокна, объемной массы и содержания неволокнистых включений в вате. Увеличение диаметра волокна влечет за собой повышение теплопроводности. При увеличении диаметра волокна с 3 до 12 мкм теплопроводность растет на 10%.

Сырьем для производства минеральной ваты чаще всего являются отходы промышленности – металлургические, и топливные шлаки, золы, керамический стекляный бой, бой силикатного кирпича и пр., а также горные породы.

Измельчение сырьевых компонентов способствует ускорению реакций силикатообразования и гомогенизации расплава, которая необходима для получения стабильных свойств волокна.

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].

Расчет состава шихты для производства минеральной ваты

Исходными данными для расчета шихты служат химические составы сырьевых материалов и заданный модуль кислотности минеральной ваты, который обусловливается назначением минеральной ваты, условиями ее службы в конструкции и способом переработки расплава в минеральное волокно.

Состав шихты рассчитывают двумя методами:

• методом составления и решения системы алгебраических уравнений;

• методом последовательного приближения.

Метод последовательного приближения

Этот метод состоит в том, что, задаваясь содержанием какого-либо одного оксида в получаемой минеральной вате и зная содержание этого оксида в составе сырьевых материалов, в порядке определенной очередности находят количество отдельных частей шихты. Таким составляющим обычно является один из оксидов, определяющий величину модуля кислотности, чаще всего SiO2.

Из двух видов сырьевых материалов, составляющих шихту, один считают основным, а другой - дополнительным корректирующим, количество которого выражают через X. Далее задаются оптимальным содержанием SiO2 в расплаве (а). Зная процентное содержание SiO2 в основном (б) и дополнительном сырье (в), составляют уравнение:

а = в +X (b-б)

откуда определяют

X = (a-б) / (в-б)

Вычислив количество дополнительного сырья (в долях единицы), находят путем вычитания его из единицы количество основного сырья (1–Х). Затем определяют процентное содержание отдельных химических оксидов в составе шихты, как показано на следующем примере.

Пусть содержание SiO2 в основном и дополнительном видах сырья будет n и m (%), тогда содержание можно выразить равенством, %:

в составе шихты

SiO2=n(1-X)+mX

Так же находят содержание и других оксидов, определяющих модуль кислотности, т.е. Al2O3, CaO, MgO.

Подставляя найденные значения в этих четырех оксидов в формулу для определения модуля кислотности, находят его величину. Если модуль кислотности оказался в заданных пределах, то расчет состава шихты на этом заканчивают, пересчитывая только содержание обоих видов сырья с долей единицы в проценты по массе, и вносят поправку на влажность материалов.

Если же полученный модуль кислотности выходит за пределы заданных значений, то задаются другой величиной содержания SiO2 в составе шихты и повторяют расчет. При излишне высоком значении Мk для повторного расчета принимают меньшее содержание SiO2, а при недостаточной величине Мk берут меньшее содержание СаО в составе шихты.

Назначение минеральной ваты и изделия на ее основе

В индустриальном строительстве изделия из минеральной ваты применяют главным образом в качестве тепло– и звукоизолирующих материалов. Для теплоизоляции ограждающих конструкций используют полужесткие и жесткие плиты на синтетическом связующем. Теплоизоляцию покрытий в промышленных зданиях организуют с применением твердых плит и плит повышенной жесткости, позволяющих обходиться при производстве кровельных работ без цементной стяжки. Изделия типа шнуров и жгутов из минеральной ваты.

Область применения декоративно-акустических плит типа «Акмигран» – звукоизоляция и эстетическое оформление интерьеров в общественных и промышленных зданиях с относительной влажностью не более 70%. Для тепло– и звукоизоляции промышленного и энергетического оборудования в широких масштабах применяют минераловатный войлок и маты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты, обкладочные бруски и пр.

Условия эксплуатации минераловатных теплоизоляционных материалов должны исключить их увлажнение и свободную циркуляцию через их толщу воздуха, так как в этом случае резко ухудшаются их теплоизолирующие свойства. Нагрузка на изделия из минеральной ваты не должна превышать допустимой, в противном случае изделие деформируется, уплотняется и не отвечает в полной мере своему прямому функциональному назначению. Температура применения минеральной ваты, получаемой из рядового сырья, 600…700°С. Температура эксплуатации минераловатных изделий зависит от типа волокна, используемого связующего, технологии получения и составляет: для изделий на битумном связующем – 60…70°С, при обкладке техническим картоном – до 100°С; на синтетическом связующем – 250…350°С; на крахмальном связующем – до 400°С; для жгутов и шнуров – до 600°С.

Высокие технико-экономические показатели минеральной ваты и изделий на ее основе – хорошие тепло– и звукоизолирующие характеристики, относительно несложная технология, распространенность сырья, невысокая себестоимость – обусловливают ее широчайшее внедрение в различные области народного хозяйства.

По данным ВНИИТеплоизоляция, выпуск минеральной ваты и минераловатных изделий составляет в настоящее время более 14,5 млн. м3/год, т.е. около 56% всех выпускаемых в стране теплоизоляционных материалов, и цифра эта будет неуклонно расти.

В связи с развитием производства и применения в строительстве легких ограждающих конструкций освоен выпуск новых эффективных тепло– и звукоизоляционных минераловатных материалов:

• минеральных плит повышенной жесткости, изготовленных различными способами, плотностью 175…250 кг/м3, прочностью на сжатие 0,04 МПа и выше при 10%й линейной деформации, предназначенных для утепления плоских железобетонных покрытий под рулонную кровлю без стяжек, плоских покрытий из стального профилированного настила;

• твердых минераловатных плит плотностью 250…300 кг/м3 и прочностью 0,05…1 МПа при 10%й линейной деформации для утепления покрытий по стальному профилированному настилу и для полистовой сборки стен промышленных зданий;

• армированных самонесущих минераловатных плит плотностью 150 кг/м3 для утепления скатных покрытий из профилированных асбоцементных, стальных, алюминиевых листов.

Виды теплоизоляционных изделий из минеральной ваты

В зависимости от вида и степени обработки минеральной ваты теплоизоляционные изделия на ее основе делятся на: сыпучие материалы – гранулированная минеральная вата; гибкие рулонные изделия – маты прошивные, маты на синтетическом связующем (минераловатный войлок); шнуровые материалы – жгуты (шнуры); жесткие штучные изделия – плиты, скорлупы, оболочки, сегменты на органическом и неорганическом связующем.

Даже простейшая обработка минеральной ваты – грануляция – значительно улучшает ее основные эксплуатационные качества: уменьшает количество корольков, снижает среднюю плотность, повышает упругость. Появляется возможность частично механизировать укладку ее в дело, например с помощью пневмотранспорта. Тем не менее, ей присущи многие недостатки "сырой" минеральной ваты.

Гибкие рулонные прошивные маты с нескрепленными или частично скрепленными между собой волокнами ваты посредством связующего изготавливают заключением минераловатного ковра в гибкую оболочку (водостойкую бумагу, ткань, сетку, полиэтиленовую пленку, алюминиевую фольгу и т. п.) с последующей прошив-их нитями, шпагатом, проволокой и пр.

Гибкие рулонные непрошивные маты (войлока) изготавливают скреплением волокон между собой с помощью связующего.

Гибкие шнуры получают набивкой минеральной ваты в оплетку из металлической проволоки, хлопковых или синтетических нитей.

Все остальные виды минераловатной продукции изготавливают с применением связующего, от вида и количества которого зависит степень жесткости и механическая прочность получаемых изделий.

5264058b601aa-_____________30_04_2012.dwg