Основным технологическим процессом при производстве вспученного перлита является обжиг перлитовой породы, при котором и происходит его вспучивание. Способность перлитовых пород вспучиваться при высоких температурах объясняется тем, что порода при этом размягчается, а содержащаяся в ней в растворенном состоянии вода переходит в пар, который и вспучивает размягченную массу.
Как уже указывалось в гл. II, коэффициент вспучивания перлита зависит от многих факторов: химического состава сырья, содержания в породе растворенной воды, естественной пористости породы, размеров частиц вспучиваемого сырья и режима тепловой обработки.
Важнейшими из перечисленных выше факторов являются: содержание растворенной воды в данной породе и режим ее тепловой обработки.
Из одной и той же перлитовой породы при различных режимах тепловой обработки можно получать перлит с различной средней плотностью, т. е. можно изменять вспучиваемость данного сырья.
При медленном нагреве вся растворенная в перлите вода испаряется при температуре 600—700° С до достижения материалом пиропластического состояния, а при чрезмерно интенсивном нагреве происходит растрескивание породы с образованием большого количества мелкой перлитовой пыли. В ряде случаев требуется двухступенчатая тепловая обработка: предварительный подогрев материала до температуры 200—400° С для удаления избыточной воды и последующий быстрый нагрев до температуры вспучивания.
Вопросы, связанные с изучением тепловой обработки перлитовых пород, имеют весьма важное практическое значение.
Работа 1. Исследование влияния параметров тепловой обработки на основные свойства вспученного перлита
Целью данной работы является выявление влияния параметров тепловой обработки на среднюю плотность готового продукта и определение их оптимального значения.
Работа выполняется пятью бригадами студентов (по
2— 3 человека в каждой бригаде), которые решают частные задачи исследования, а затем производят общую обработку полученных результатов.
Исследованию подлежит один вид перлитовой породы с величиной потерь при прокаливании более 5%.
Каждая бригада должна выполнить следующие опыты.
I. Отсеять фракции перлитовой породы 0,5—3 мм в количестве 1 кг и определить насыпную плотность этих фракций.
2. Определить величину п. п. п. и установить схему обжига для данной породы.
3. Определить режим термоподготовки для получения перлитовой породы с заданным количеством остаточной воды.
4. Произвести вспучивание образцов по заданным режимам обжига.
5. Определить насыпную плотность вспученного по заданному режиму перлита и вычислить коэффициент вспучивания. Варианты заданий для выполнения работы 1 даны в табл. 23.
6. Произвести обработку полученных всеми бригадами результатов и установить оптимальные параметры тепловой обработки данной перлитовой породы, а также влияние этих параметров на среднюю плотность вспученного перлита.
При указании продолжительности обжига преподаватель исходит из вида породы.
Работу рекомендуется выполнять в следующем порядке: а. Отсеять от имеющейся в лаборатории перлитовой породы фракции 0,5—3 мм. б. Всем бригадам, взяв по одной пробе и пользуясь методикой, изложенной в ч. I, гл. I, § 3, определить насыпную плотность отсеянных фракций породы и по результатам, полученным пятью бригадами, вычислить ее среднее значение.
в. Всем бригадам, пользуясь методикой, изложенной в ч. I практикума, гл. I, § 4, произвести определение содержания воды в данной породе (определить величину п. п. п.) и по результатам пяти определений (пяти бригад) вычислить среднюю ее величину, г. Пользуясь методикой, приведенной в ч. I, гл. II, § 3, подобрать режим термоподготовки, обеспечивающий получение перлитовой породы с заданным для данной бригады содержанием остаточной воды. После этого произвести термоподготовку по этому режиму 10 проб по 10 г каждая. д. Каждой бригаде произвести вспучивание пяти навесок материала при заданных пяти температурах (табл. 23), используя для этого методику, изложенную в гл. II, § 3. По полученным результатам (по насыпной плотности вспученного материала или по коэффициенту вспучивания) установить оптимальную температуру обжига. е. Обжечь следующие пять навесок при найденной оптимальной температуре, изменяя время вспучивания, пределы которого указываются преподавателем в соответствии с видом исследуемой породы. По полученным результатам установить оптимальную продолжительность обжига для данной породы при данном содержании остаточной воды.
Произведя перечисленные выше опыты, каждая бригада устанавливает оптимальные параметры тепловой обработки перлитовой породы с заданным остаточным количеством воды. Запись результатов рекомендуется производить по формам, приведенным в I части практикума (гл. II, § 3).
Определение оптимального содержания остаточной воды производит вся подгруппа под руководством преподавателя, используя для этого оптимальные результаты, полученные бригадами, и строя график зависимости «количество остаточной воды — коэффициент вспучивания (насыпная плотность) вспученного материала».
Лабораторное оборудование и приборы: 1. Лабораторные печи, обеспечивающие температуру обжига до 1300° С. 2. Керамические поддоны с бортиками для обжига перлитового песка. 3. Весы технические (Т-200).
4. Мерная посуда. 5. Секундомер.
Работа 2. Исследование влияния насыпной плотности перлита и его количества в шихте на физико-механические свойства перлитокерамических изделий
Перлитокерамические изделия являются эффективным теплоизоляционным материалом, который применяют для изоляции горячих поверхностей с температурой до 800—1050°С.
Сырьем для изготовления перлитокерамических изделий служат: перлитовый песок с насыпной плотностью не более 200 кг/м3 и с крупностью зерен не более 3 мм, пластичная огнеупорная глина с числом пластичности более 25 и показателем огнеупорности свыше 1580° С.
Показатели свойств перлитокерамических изделий приведены в табл. 24.
Свойства перлитокерамических изделий в основном зависят от качества перлита, от его средней плотности и гранулометрического состава, а также от качества применяемой глины.
Чем выше связующая способность глины, тем больше перлита можно ввести в шихту, тем, следовательно, меньше будет средняя плотность изделий при достаточно высокой их прочности.
Данная лабораторная работа имеет целью исследовать зависимость свойств перлитокерамических изделий от насыпной плотности вспученного перлита и его содержания в шихте (в формовочной массе).
Работа выполняется шестью бригадами студентов, объединенными в две подгруппы (по три бригады). Варианты заданий приведены в табл. 25.
В задачу каждой бригады входит: 1) приготовление формочной массы заданного состава; 2) формование трех образцов размером 7x7x7 см; 3) испытание образцов на среднюю плотность и прочность при сжатии и обработка полученных результатов.
1. Приготовление формовочной массы. Для изготовления трех образцов размером 7X7X7 см рекомендуется готовить 1,5—2 л формовочной массы. С этой целью берут молотую сухую глину в количестве Г = 2000x/100, где х — процентное содержание глины в шихте; вспученный перлитовый песок в количестве 200 — х см3; отмеренное количество глины взвешивают с точностью до 1 г и затворяют водой, количество которой берут в соответствии с данными табл. 25. Глину тщательно перемешивают с водой до получения однородного шликера, после чего при непрерывном перемешивании постепенно добавляют перлит и продолжают перемешивание примерно 1—2 мин до получения однородной массы. Продолжительность перемешивания увеличивать не рекомендуется, так как при этом происходит разрушение зерен перлита и повышение его средней плотности.
Пример расчета состава перлитокерамической формовочной смеси. Допустим, что в качестве сырьевых материалов используются: вспученный перлит с ρср = 150 кг/м3, глина огнеупорная Ч-1 с ρср = 1,67 г/см3.
Заданный состав формовочной смеси: Г: П =10:90 (по объему); влажность глиняного шликера Wш=90%.
Допустим, что 200 см3 сухой молотой глины весят 334 г; тогда для приготовления шликера с влажностью 90% потребуется воды В = 334•0,9 = 300 мл.
2. Формование образцов осуществляют на виброплощадке следующим образом. Металлическую форму с тремя ячейками, предварительно очищенную и смазанную, жестко крепят к виброплощадке. В каждую ячейку формы укладывают приготовленную формовочную массу вровень с краями. Затем на форму надевают насадку и включают вибростол. По мере уплотнения массы и ее оседания в форму добавляют некоторое количество перлитоглиняной смеси так, чтобы ее уровень был вровень с краями формы. Вибрирование массы осуществляют при амплитуде колебаний, равной 0,25—0,3 мм, в течение 120 с.
Отформованные образцы выдерживают в формах в течение 5—10 мин, а затем осторожно снимают борта формы, и образцы на поддонах оставляют сушить.
3. Тепловая обработка образцов производится под руководством преподавателя или заведующего лабораторией.
Образцы сушат в течение 3—4 сут в естественных условиях (на специальных стеллажах в помещении лаборатории или в подсобном помещении), а затем в сушильном шкафу при температуре 100—120° С в течение 8—12 ч до остаточной влажности 4—5%. При этом подъем температуры до максимальной рекомендуется производить в течение 4—5 ч.
Обжиг образцов производят в лабораторных печах по следующему режиму: подъем температуры до 850— 1000° С — 5—6 ч, выдерживание при максимальной температуре 1 ч, после чего печь отключают. Образцы вынимают из печи после их охлаждения до температуры 40—50° С.
4. Испытание образцов на определение средней плотности и предела прочности при сжатии производят в следующее занятие по методике, изложенной в ч. I практикума, гл. I, § 4 и 6.
Полученные результаты 1, 2, 3 и 4, 5, 6-й бригад сводят в таблицы, которые рекомендуется составлять по ниже приведенной форме.
По данным таблицы, подгруппы строят графики зависимостей: а) соотношение «глина перлит (Г : П) — средняя плотность образцов»; б) «соотношение Г : П — предел прочности при сжатии образцов».
Анализируя данные таблицы и построенные графики, делают общие выводы по проведенной работе, в которых отмечают также влияние насыпной плотности перлита на свойства изделий. Форма записи результатов проведенных опытов дана ниже.
Лабораторное оборудование и приборы: 1. Лабораторная виброплощадка с регулируемой амплитудой. 2. Ручной виброграф ВР-1. 3. Сушильный шкаф или лабораторная сушилка с принудительной подачей теплоносителя. 4. Лабораторные печи с температурой нагрева до 900° С. 5. Комплект трехячейковых форм с размером ячеек 7 X 7 X 7 см. 6. Гидравлический пресс на 7,5 т. 7. Измерительный инструмент. 8. Весы технические Т-200. 9. Комплект сферических чаш для приготовления формовочной массы. 10. Мерная посуда. 11. Секундомер.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ю.П.ГОРЛОВ
1982 |
