Теплоизоляционные материалы

Оглавление

 

ВВЕДЕНИЕ

Теплоизоляционные материалы –  это разновидность строительных материалов, отличающихся высокой пористостью  и, вследствие этого, низкой средней  плотностью и низким коэффициентом  теплопроводности. Одним из таких  теплоизоляционных материалов является минеральная вата и изделия из нее.

Минеральная вата представляет собой  высокопустотный материал, состоящий  из тонких хаотично переплетенных гибких стекловидных волокон. Теплоизоляционные  свойства минеральной ваты обусловлены  содержанием в ней огромного  количества воздушных пустот (до 95 – 96% от общего объема ваты), заключенных между волокнами, которые расположены в вате во всевозможных направлениях.

В настоящее время наиболее широко распространено производство минераловатных теплоизоляционных изделий таких, как теплоизоляционные минераловатные плиты повышенной жесткости на синтетическом связующем. Их применяют для тепловой изоляции промышленного оборудования и различных конструкций, стеновых панелей, трубопроводов и коммуникаций.

 

1 НОМЕНКЛАТУРА ИЗДЕЛИЙ

Плиты предназначаются для тепловой изоляции ограждающих строительных конструкций: перекрытий, а также для утепления покрытий, выполненных из профилированного металлического настила или железобетона без устройства стяжки и выравнивающего слоя, в условиях, исключающих контакт изделий с воздухом внутри помещений.

ППЖ - плиты, изготовленные из гидромассы по технологии мокрого формования. Плиты ППЖ выпускают марки 200.

Таблица 1. Физико-механические показатели

Наименование показателя	Норма для марки
	200
Плотность, кг/м³, не более	200+-25
Теплопроводность, Вт/(м*К), не более, при  средней температуре 25+-5 ºС:	0,052
Прочность  на  сжатие  при 10%-ной деформации, МПа, не менее	0,100
Прочность  на  сжатие  при 10%-ной деформации после сорбционного увлажнения, МПа, не менее	0,080
Массовая доля органических веществ, %, не более	10
Водопоглощение, % по массе, не более	30
Влажность, % по массе, не более	1

 

Таблица 2. Номинальные размеры  изделий

Длина, мм	Ширина, мм	Толщина, мм
1000+-10	500+-5	(40; 50; 60; 70; 80)	+5 -3

 

Рис. 1 минераловатные плиты повышенной жесткости ППЖ-200.

Для изготовления плит должна применяться  минеральная вата типов А и  Б по ГОСТ 4640. Количество вредных веществ, выделяющихся из минераловатных плит при температурах 20 и 40°С, не должно превышать предельно-допустимых концентраций, установленных органами санитарного надзора.

В данном курсовом проекте размеры  плиты: 1000мм*500мм*60 мм.

Масса изделия:

м³

 

 

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ

 

Для производства минеральной ваты применяют горные породы, минеральные промышленные отходы и попутные продукты производства (металлургические и топливные шлаки, золы, бой керамического и силикатного кирпича и т.д.). Лучшим сырьем считаются горные породы магматического происхождения (базальты, диабазы, шлаки), а также их метаморфические аналоги (амфиболы, различные сланцы) и осадочные породы.

К сырьевым материалам предъявляют  следующие требования:

− стабильный химический состав, одновременно позволяющий получать расплав с  невысокой температурой плавления и широким интервалом вязкости;

− прочность и термическая стойкость  кусков сырья, допускающие плавку их в вагранках без превращения  в мелочь и образования большого количества пылеуноса;

− распространенность сырья, чтобы  минеральную вату производить вблизи мест ее потребления;

− простота предварительной обработки  сырья.

В данном курсовом проекте сырьем являются известняк Вольский, базальт  Берестовецкий и синтетическое  связующее.

 

2.1 Известняк

 

Известняк – это осадочная горная порода, сложенная преимущественно целиком из карбоната кальция. Часто содержит примеси доломита, глинистых минералов, кремнезема, окислов железа, песчаных частиц и др.

Известняк имеет белый или светло-серый  цвет, примеси окрашивают его в  другие цвета, вплоть до черного. По происхождению выделяют

известняки органогенные, органогенно-обломочные, обломочные, хемогенные и перекристализованные. При возрастании количества и  изменении минерального состава  примесей известняк образует переходные к доломитам, глинам, песчаникам и  другим породам формы. Под влиянием процесса метаморфизма из известняка образуется мрамор.

Преобладают известняки морского происхождения, встречаются также известняки пресноводных озер, источников (известковые туфы), засоленных пойм, вторичные.

 

Таблица 3. Химический состав Вольского известняка

Составные части шихты	Содержание, масс. %
								п.п.п.
Известняк Вольский	0,3	0,1	55,3	0,2	0,1	−	−	−

 

Механические свойства:

− средняя плотность  = 1600 – 2000 кг/м³;

− твердость – около 3 по шкале  твердости Мооса;

− предел прочности при сжатии: в естественном состоянии до 114 МПа, в водонасыщенном – до 80,6 МПа.

Термические свойства:

− теплопроводность – 1,3 – 1,8 ккал/(м*ч*°С);

− теплоемкость – 0,17 ккал/(кг*°С).

2.2 Базальт

Базальт — основная эффузивная горная порода. Базальты являются свежими (кайнотипными) породами тёмно-серого (до чёрного) цвета с плотной, редко — пористой массой. Структура базальтов зависит от хода процесса кристаллизации магмы и времени образования породы.Базальты являются твердыми и одновременно хрупкими породами. Наиболее ценными считаются свежие мелкозернистые базальты.

Таблица 4. Химический состав Берестовецкого базальта

Составные части шихты	Содержание, масс. %
								п.п.п.
Базальт Берестовецкий	51,5	13,7	9,1	6,1	6,3	2,1	−	1,7

 

Механические свойства:

− средняя плотность  = 3000 – 3500 кг/м³;

− водопоглащение – 0,2 – 0,4%;

− предел прочности при  сжатии 152МПа;

− предел прочности при изгибе 22 МПа;

− истираемость 0,6 г/см².

2.3 Зерновой состав сырья

Известняк: зерно фракции  – 20…40 мм, = 1800 кг/м³.

Базальт: зерно фракции  – 40…100 мм, = 2200 кг/м³.

Топливо: фракционированное, куски кокса имеют размеры 40…100 мм, насыпная плотность 400 – 450 кг/м³.

2.4 Расчет состава шихты

Сырьем является известняк  Вольский, базальт Берестовецкий  и синтетическое связующее.

 

 

 

Таблица 5. Содержание оксидов  в компонентах шихты

Составные части шихты	Содержание, масс. %
								п.п.п
Известняк Вольский	0,3	0,1	55,3	0,2	0,1	−	−	−
Базальт Берестовецкий	51,5	13,7	9,1	6,1	6,3	2,1	−	1,7

 

Шихта состоит из двух видов сырья, при расчете решают систему двух уравнений с двумя неизвестными и , выражающими соответственно количество известняка и базальта в шихте:

Другое уравнение представляет собой выражение модуля кислотности:

, где

- содержания соответствующих 

окислов в первом виде сырья в %;

- содержяния тех же окислов во втором виде сырья в %;

- величина модуля кислотности.

Решая уравнения относительно и , получаем содержание сырьевых материалов в шихте в долях единицы, а затем выражаем сосав шихты в % по весу.

Обозначая через содержание в шихте известняка, а через - базальта, составляем 2 уравнения:

              

Таким образом, шихта  состоит (по массе) из базальта 64% и известняка 36%.

Проверка:

Расхождение величин  модуля кислотности заданного и полученного составляет 0%. Следовательно, рассчитанный состав шихты удовлетворяет условию получения расплава с [8].

 

3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛУФАБРИКАТОВ

 

Композиционные связующие  состоят из нескольких компонентов: фенолоспиртов, карбамидных смол или других связующих и пластифицирующих добавок. В качестве пластифицирующих добавок, повышающих гибкость пленки отвержденных смол, используют эмульсол, поливинилацетатную дисперсию, латексы синтетических каучуков, мазут и т.д.

Эмульсол – прозрачная однородная жидкость от светлого до темно-коричневого цвета. Кроме основного назначения (в качестве пластифицирующей добавки к синтетическим связующим) эмульсол применяют самостоятельно как обеспыливающее средство.

Композиционное связующее  на основе фенолспиртов или карбамидной смолы с добавкой эмульсола представляет собой смесь этих смол с эмульсолом марки Э-2 (Б). В данном курсовом проекте используется эмульсол марки Э-2. Расход связующего составляет 6 % от массы минеральной ваты. При смешении эмульсола с водой образуется эмульсия.

Необходимую степень  разведения находят опытным путем, добавляем к фенолспиртам такое  количество воды, при котором не наступает помутнение раствора.

Также в гидромассу вводят пенообразователь, который облегчает  смешивание волокна со связующим и способствует повышению однородности гидромассы.

 

4 ТОПЛИВО

 

Основным видом топлива  для вагранок служит литейный каменноугольный  кокс марки КЛ, главными свойствами которого являются: большая теплота  сгорания, малое содержание летучих  веществ, высокая механическая и термическая прочность кусков.

Куски кокса должны обладать прочностью, потому что топливо в  вагранках сразу же попадает в  область высоких температур, подвергается ударам загружаемых сверху кусков сырья, а при опускании в шахте  – трению и давлению в условиях быстро возрастающей температуры. Содержание золы в коксе должно быть наименьшим (8-9%), т.к. зола переходит в расплав и влияет на его состав. Однородность кусков кокса имеет важное значение для равномерности процесса плавки; куски кокса имеют размеры 40…100 мм. Теплота сгорания кокса примерно 30 МДж и выше, насыпная плотность 400…450 кг/м³.

Отношение между диаметром  вагранки и размерами кусков кокса  должно быть равно 10 – 12.

 

Таблица 6. Отношение между диаметром вагранки и размерами кусков кокса

Диаметр вагранки в свету, мм	750	1000	1250
Рекомендуемый размер кусков кокса, мм	60-75	80-100	100-125

 

Нельзя применять несортированный, засоренный мелочью кокс. Использование  такого кокса приводит к неравномерному горению топлива вследствие неравномерного распределения газового потока по сечению вагранки.

Твердое кусковое топливо  должно подвергаться дроблению и  сортировке на карьерах и в шлаковых отвалах металлургических заводов  или 

 

непосредственно на заводах, производящих минераловатные изделия.

Таблица 7. Характеристика кокса

Показатели	Значения
Плотность: − истинная − насыпная	1,80 - 1,95 г/м³ 0,8 - 1,0 г/м³
Пористость	50%
Теплота сгорания	29 МДж/кг (около 7000 ккал/кг)
Содержание углерода	96%
Выход летучих веществ	0,8 – 1,0%

Для обеспечения требуемой  производительности вагранки нам потребуется 490 кг кокса на 1000 кг расплава.

 

5 СПОСОБ ВОЛОКНООБРАЗОВАНИЯ

Существует три основных способа производства минеральной  ваты из силикатных расплавов:

• дутьевой;

• центробежный;

• комбинированный.

При этом способ получения  оказывает влияние на количество «корольков», диаметр волокон, среднюю  плотность и другие свойства, что, в целом, определяет качество минеральной  ваты. В данной работе выбран центробежный способ.