Общая характеристика и свойства минеральной ваты

Центробежно-дутьевой способ (ЦДС). Этот способ основан на превращении струи расплава в пленку и струйки центробежной силой вращающейся чаши и последующем вытягивании в волокно при помощи энергоносителя. Схема центробежно-дутьевой установки представлена на  
рис. 5.8.

Расплав из вагранки с температурой 1300—1350°С по лотку стекает на внутреннюю часть боковой стенки чаши центрифуги. При вращении чаши с частотой 1000— 4000 об/мин расплав распределяется по ее периметру и срывается с кромок чаши в виде пленок, струек и капель. Последние подхватывает поток энергоносителя, и под совместным действием центробежных и аэродинамических сил из струек образуются волокна.

Рисунок 5.8 – Схема центробежно-дутьевой установки

1 – раздаточная чаша; 2 – вагранка; 3 – расплав; 4 – направляющий лоток; 
5 – приводной вал; в – дутьевое кольцо

 

Раздаточные чаши имеют различную конструкцию: медные с водяным охлаждением, керамические неохлаждаемые, стальные с частичным  или полным охлаждением и др. Вокруг чаши на расстоянии 5–15 мм от ее края находится неподвижное дутьевое кольцо. По окружности его расположены отверстия диаметром 2–4 мм на расстоянии 15–20 мм одно от другого. Чтобы обеспечить большие скорости в качестве энергоносителя, как правило, применяют пар или воздух с давлением 0,6–0,8 МПа.

Центрифуги такой конструкции  позволяют перерабатывать до 3 т/ч  расплава и получать минеральную  вату с объемной массой 85–120 кг/м³. Они просты в изготовлении и эксплуатации.

Центробежно-фильерно-дутьевой способ (ЦФД). При этом способе формируются тонкие струи за счет центробежной силы вращающейся чаши 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.5.9. 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.

 

Рисунок 5.9 – Схема центробежно фильерно-дутьевой установки

 

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

 

5.2 ФОРМИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ

 

Минераловатные плиты могут быть получены конвейерным, мокрым (из гидромасс), кубовым способами. При конвейерным способе получения минераловатных плит на синтетическом связующем, ковер формируется на сетчатом конвейере. Влажность ковра в зависимости от способа введения связующего меняется от 10 до 50%. Необходимая жесткость минераловатных плит достигается за счет повышения содержания связующего до 8-10% и увеличения давления подпрессовки в камере тепловой обработки. При мокром способе процесс изготовления минераловатных плит состоит из трех основных операций: приготовления гидромассы, формирования из нее непрерывного минераловатного ковра и его тепловой обработки. Гидромассу приготавливают из разрыхленной минеральной ваты, связующего и пенообразователя. Добавка пенообразователя облегчает смешивания волокна со связующим и способствует повышению однородности гидромассы. Полученная однородная гидромасса и поступает в бункер формовочного устройства. Формование может осуществляться двумя способами: подпрессовкой гидромассы до заданной толщины ковра и отливкой ковра с последующим вакуумированием и калибровкой.

 

 

6. 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.

 

6.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ШИХТЫ

 

Необходимо  определить расход сырьевых материалов для получения 1т минеральной ваты из сухих материалов шихты без потерь и производственный склад с натуральной влажностью и определенными производственными и технологическими потерями ингредиентов исходя из таких исходных данных для расчета:

• заданный модуль кислотности – М_к=1,55;
• основное сырье – доменный шлак(г.Днепродзержинск), истинная плотность – 2,82 г/см³; средняя плотность – 2,2 г/см³; насыпная плотность фракции 40…70мм – 1,15т/м³; влажность – 8%;
• дополнительное сырье – габбро, истинная плотность – 2,82 г/см³; средняя плотность – 2,7 г/см³; насыпная плотность фракции 40…70мм – 1,4 т/м³; влажность – 1,5%;
• минеральная вата используется для изготовления согласно  
  ДСТУ Б В.2.7-98-2000(ГОСТ 21880-4) прошивных матов марки ²100² по средней плотности от 80 до 105 кг/м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.1 - Химический состав сырья

 

Сырьевые компоненты	Содержание оксидов, масс. доля				Мо	Мк
Доменный шлак	38,3	16,6	33,2	6,9	0,73	1,34
Габбро	46,8	17	10,1	6,3	0,26	3,89

 

6.2 РАСЧЕТ СОСТАВА ШИХТЫ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

 

Для определения  количества дополнительного сырья (X), в данном случае – габбро, принимаем количество основного сырья (шлака) Y=1-X и задаемся содержанием в шихте оксида SiO₂ равным 50%. Тогда, исходя из данных табл. 6.1, имеем:

X = (а-б) / (в-б) = (50,00-38,3)/(46,8-38,3) = 1,376;

 

где X - количество габбро, добавляемого в шихту в долях единицы;

    а - заданное содержание принятого оксида (SiO₂)в составе шихты, %;

    б - содержание принятого оксида в шлаке, %;

    в - содержание принятого оксида в габбро, %.

По расчету  содержание дополнительного сырья  состоит из 1,376 частей единицы. Такого быть не может значит подставляем меньшее значение.

X = (а-б) / (в-б) = (42,00-38,3)/(46,8-38,3) = 0.43;

 

Следовательно, I весовая часть шихты будет состоять из 0,57 весовых частей шлака и 0,43 весовых частей габбро.

В такой  шихте будет содержаться оксидов, которые попадают в расплав из основного и дополнительного сырья, процентов от массы:

 

SiO₂ = 0,57∙38,3+0,43∙46,8 = 41,93;

Al₂O₃ = 0,57∙ 16,6+0,43∙17 = 16,7;

CaO = 0,57 ∙33,2+0,43∙10,1 = 23,2;

MgO = 0,57 ∙ 6,9+0,43∙6,3 = 6,6.

 

При таком  процентном соотношении оксидов  модуль кислотности шихты составит:

 

 

 

Полученное  значение модуля кислотности шихты  значительно превышает заданное его значение. С целью уменьшения значения M_k необходимо произвести дополнительный расчет. Уменьшим содержание в составе шихты SiO₂ до 39,85 %. Тогда содержание кирпичного боя в шихте в долях единицы составит:

 

 

Y=1-X=1-0,18=0,82

 

т.е. шихта  состоит из 82 % шлака и 18 % габбро. В такой шихте будет содержаться оксидов, процентов от массы:

 

SiO₂ = 0,82∙38,3+0,18∙46,8 = 39,6;

Al₂O₃ = 0,82∙ 16,6+0,18∙17 = 16,4;

CaO = 0,82 ∙33,2+0,18∙10,1 = 29,1;

MgO = 0,82 ∙ 6,9+0,18∙6,3 = 6,8.

 

Модуль кислотности  такой шихты составит:

 

 

 

 

 

 

 

Расхождение между заданной и определенной методом последовательного приближения величинами М_к не превышает 5%. Следовательно, расчетный состав отвечает заданным условиям получения силикатного расплава с М_к=1,55 для производства минеральной ваты.

 

 

6.3 РАСЧЕТ СОСТАВА ШИХТЫ МЕТОДОМ СУММИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА СИСТЕМ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ

 

Обозначим через X содержание в шихте доменного шлака, а через Y - габбро, составим два уравнения:

 

 

 

 

 

 

 

 

Систему уравнений  решаем методом исключения одного неизвестного:

 

 

 

Находим количество в частях единицы дополнительного  компонента:

 

 

 

 

 

 

;

;

 

 

Содержание основного компонента будет составлять:

 

 

  SiO₂ = 0,84∙38,3+0,16∙46,8 = 39,67;

 Al₂O₃ = 0,84∙ 16,6+0,16∙17 = 16,6;

   CaO = 0,84 ∙33,2+0,16∙10,1 = 29,5;

MgO = 0,84 ∙ 6,9+0,16∙6,3 = 6,8.

 

В таком случае модуль кислотности:

 

 

 

 

 

Расхождение величины модуля кислотности заданного  и полученного составляет менее 1%. Следовательно рассчитанный состав шихты удовлетворяет условию получения расплава с M_к = 1,55

 

Таблица 6.2 - Содержание оксидов в расплаве при расчетном составе шихты, рассчитанного методом составления и решения  системы алгебраических уравнений

 

Сырье	Содержание оксидов, вносимых в расплав, процентов от массы
Доменный шлак	32,172	13,9	27,9	5,8
Габбро	7,5	2,7	1,6	1
Шихта	39,67	16,6	29,6	6,8

 

Таким образом, расчет шихты, произведенный обоими методами, позволил установить, что  шихта должна состоять из 84% доменного шлака данного химического состава и 16% габбро.

 

7. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА 1 Т МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ

 

1. ОБОСНОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОТЕРЬ СЫРЬЯ

 

Для обоснования влажности сырья учитываем, что заданная по варианту влажность основной компонент (шлак) обладает меньшей влажностью, нежели дополнительного (габбро). Шлак хранится в открытом складе, а габбро на полузакрытом. Относительная влажность воздуха 45 – 60%. С учетом приведенных выше факторов влияющих принимаем величины влажности сырья, исходя из дынных табл. 1.3[17], по массе: доменный шлак – 8%; габбро  – 1,5%.

Анализ выбранной технологической схемы производства минеральной ваты, разработанной по примеру рис. 5.1, свидетельствует, что суммарные производственные и технологические потери сырья во время транспортировки, складирования, дробления, фракционирование до размера 40…70 мм с осевом фракции до 40 мм, дозирование компонентов шихты, перемешивания компонентов, получение силикатного расплава в вагранке, переработка расплава на волокно в центрифуге, изготовление прошивных матов марки «100» по плотности, складирование готовой продукции составили: для доменного шлака – 24%, для габбро – 17%.

 

2.  СУММИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ПО МАССЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ 1 Т МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ

 

Расчет  состава шихты двумя методами позволили определить, что шихта состоит из 84% доменного шлака и 16% габбро.

Следовательно, для получения 1 т минеральной  ваты без учета влажности сырьевых материалов и производственных потерь расход компонентов шихты составит, кг:

• доменного шлака - m_осн=1000∙0,84=840 кг;
• габбро - m_доп=1000∙0,16=160 кг.

С учетом влажности сырьевых компонентов  получит такие расходы компонентов  шихты для производства минеральной ваты и прошивных матов марки «100» по плотности:

• доменного шлака - 840∙1,08=907,2;
• габбро - 160∙1,015=162,4.

С учетом технологических и производственных потерь сырьевых материалов от склада сырья до склада готовой продукции (прошивных матов) получим такие  расходы компонентов шихты:

• доменного шлака – 907,2∙1,22=1125;
• габбро – 162,4∙1,17=190.

Полученные  результаты заносим в табл.7.1

 Таблица 7.1 Расход сырья для производства минеральной ваты заданного модуля кислотности

Наименование сырьевых материалов	Расход сырья без учета влажности и произведенных потерь	Влажность Сырья, %	Производственные и технологические потери, %	Производственный расход сырья, кг
Доменный шлак	840	8	24	1125
Габбро	160	1,5	17	190

 

 

 

 

Таким образом, расход сырья без учета влажности  и потерь для производства 1т минеральной  ваты с М_к=1,55 и прошивных матов марки «100» будут составлять: доменного шлака – 840 кг, габбро – 190 кг, а с учетом влажности и потерь: доменного шлака – 1125 кг, габбро – 190 кг.

 

 

8. РАСЧЕТ СКЛАДСКИХ ПОМЕШЕНИЙ ДЛЯ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

 

Для размещения сырьевых компонентов связано с площадями и объемами производственных помещений. Поэтому важно делать расчеты расходов сырья не только по массе, а и по объему складских помещений для хранения сырья и готовой продукции.