| 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 Мк для повторного расчета принимают меньшее содержание SiO2, а при недостаточной величине Мк берут меньшее содержание СаО в составе шихты.
Пример расчета шихты. Требуется определить расход сырьевых материалов для получения 1 т минеральной ваты.
Данные для расчета: заданный модуль кислотности ваты Мк= 1,5; основное сырье — доменный шлак; дополнительное сырье — бой глиняного кирпича; влажность доменного шлака — 8%, кирпичного боя — 2%; переработка расплава в волокно осуществляется на многовалковой центрифуге. Расчет произвести двумя способами.
1. Метод составления и решения алгебраических уравнений. Обозначая через х содержание в шихте доменного шлака, а через у — кирпичного боя, составляем два уравнения:
Систему уравнений решаем методом исключения одного неизвестного х=1—у.
Подставляя значение х, выраженное через у, во второе уравнение, имеем одно уравнение с одним неизвестным:
Решая это уравнение относительно у, получаем его значение. В данном случае у=0,276, тогда х=1—0,276= = 0,724.
Округляя полученные величины до сотых долей, получаем, что х = 0,72, а у=0,28, т. е. шихта состоит из 72% шлака и 28% боя глиняного кирпича (по массе).
После этого уточняем величину модуля кислотности, которым будет характеризоваться расплав, полученный из шихты рассчитанного состава. Для этого умножаем количества окислов исходных компонентов шихты на значения х и у, определяя таким образом количества соответствующих окислов, вносимых в расплав шлаком и кирпичным боем. По результатам расчета составляем таблицу содержания окислов в расплаве (см. табл. 10).
Подставляя значения SiO2, А12O3, СаО и MgO в формулу для определения модуля кислотности, уточняем значение его величины
Расхождение величины модуля кислотности заданного и полученного составляет менее 1%. Следовательно, рассчитанный состав шихты удовлетворяет условие получения расплава Мк=1,5.
2. Метод последовательного приближения. Для определения количества дополнительного сырья, в данном случае кирпичного боя, принимаем количество основного сырья (шлака) за единицу и задаемся содержанием в шихте окисла SiO2, равным 50%. Тогда
где х — количество кирпичного боя, добавляемого в шихту в долях единицы; а — заданное содержание принятого окисла (SiO2) в составе шихты, %; б — содержание принятого окисла в шлаке, %; в — содержание принятого окисла в кирпичном бое, %.
Следовательно, 1 вес. ч. шихты будет состоять из 0,711 вес. ч. шлака и 0,289 вес. ч. кирпичного боя.
В такой шихте будет содержаться, % по массе;
При таком процентном соотношении окислов модуль кислотности шихты будет равен
Полученное значение модуля кислотности шихты несколько превышает заданное его значение. С целью некоторого уменьшения значения Мк необходимо произвести дополнительный расчет. Уменьшим содержание в составе шихты SiO2 на некоторую величину и примем его равным 49,8%.
Тогда
т.е. шихта будет состоять из 72% шлака и 28% кирпичного боя. В такой шихте будет содержаться, % по массе:
Модуль кислотности такой шихты будет равен Мк=(49,74+7,26)/(35,28+2,42)=1,51, т. е. в пределах заданного значения.
Таким образом, расчет шихты, произведенный обоими методами, позволил установить, что шихта должна состоять из 72% доменного шлака данного химического состава и 28% боя глиняного кирпича.
Следовательно, для получения 1 т минеральной ваты без учета влажности сырьевых материалов и производственных потерь расход компонентов шихты составит: доменного шлака — 720 кг; боя глиняного кирпича — 280 кг.
Введя поправку на влажность, получим: расход доменного шлака — 720•1,08=777,6, или 778 кг; расход кирпичного боя — 280•1,02 = 285,6, или 286 кг.
Предположим, что общие производственные потери (при транспортировании и складировании материалов, при их дроблении и отходы при переработке расплава в волокно) составляют для шлака 28%, а для кирпичного боя — 20%. Тогда практический расход материалов в естественном состоянии на 1 т минеральной ваты составит: доменного шлака — 778•1,28 = 995 кг; кирпичного боя —286•1,20=343 кг.
Результаты проведенной работы рекомендуется записывать по следующей форме:
Определение марки минеральной ваты. Для выполнения второй части данной лабораторной работы желательно иметь в лаборатории несколько сортов минеральной ваты. В этом случае, разделив подгруппу студентов на бригады, состоящие из 2—3 человек, преподаватель имеет возможность выдать каждой бригаде самостоятельное задание.
Задание состоит в следующем.
1. Пользуясь методами, изложенными в первой части настоящего практикума, студенты определяют основные свойства ваты: а) влажность; б) среднюю плотность;
в) содержание корольков; г) толщину (средний диаметр) волокон; д) содержание волокон толщиной свыше 15 мкм; е) теплопроводность при температурах 25, 100 и 300° С; ж) содержание органических добавок; з) содержание серы; и) температуроустойчивость; к) водостойкость.
2. Полученные результаты сравнивают с требованиями ГОСТ 4640—76 (табл. 11) и делают выводы по качеству ваты, относя ее к той или иной марке.
Для ускорения работы каждый член бригады может производить отдельные операции. Отчет о проведенной работе составляется каждым студентом в полном объеме.
Примечания: 1. Изготовление минеральной ваты марки 125 допускается до июля 1980 г.
2. Температуроустойчивость минеральной ваты, используемой для получения изделий на органическом связующем, не определяется.
Лабораторное оборудование и приборы: 1. Измерительный микроскоп (3—5 шт.). 2. Прибор для определения содержания корольков. 3. Прибор для определения объемной массы минеральной ваты. 4. Химическая посуда и реактивы. 5. Весы технические Т-200.
Результаты, полученные при проведении исследований, рекомендуется записывать по следующей форме:
Работа 2. Исследование влияния вида и количества связующих веществ на основные свойства твердых минераловатных изделий
Минеральная вата, являясь эффективным теплоизоляционным материалом, имеет ряд существенных недостатков: уплотняемость (слеживаемость) ваты во времени, что приводит к образованию пустот в теплоизоляционных конструкциях; невозможность применения индустриальных методов при производстве тепломонтажных работ при использовании рыхлой ваты; запыленность воздуха при работе с рыхлой ватой, вредно влияющая на здоровье людей и требующая применения специальных мер по охране труда.
В связи с этим в настоящее время минеральную вату применяют в основном в виде различного рода изделий; матов, войлока, полужестких и жестких плит, скорлуп, сегментов.
Для получения гибких полужестких и жестких изделий применяют различного рода связующие вещества,
назначение которых — скреплять между собой контактирующие волокна ваты. В зависимости от количества связующего вещества, введенного в вату, получают изделия с разными свойствами. На свойства изделий значительное влияние оказывает и вид связующего вещества, а также способ его введения в минеральную вату.
Целью настоящей работы является изучение влияния количества и вида связующего вещества на основные свойства жестких минераловатных изделий.
Получение жестких изделий из минеральной ваты состоит из трех основных технологических операций:
1) смешивания волокон ваты со связующим веществом;
2) формования изделий из полученной массы с подпрессовыванием или вакуумированием; 3) тепловой обработки отформованных изделий.
Данная работа выполняется подгруппой студентов, разделенной на три бригады по 3—4 человека. Каждая бригада изготовляет образцы жестких минераловатных изделий, используя одно из связующих веществ и изменяя его содержание в формовочной массе согласно с заданием, варианты которого приведены в табл. 12.
Все бригады работают с одной и той же ватой. Каждая бригада изготовляет по три образца для каждого состава на заданном ей связующем веществе и после соответствующей тепловой обработки отформованных образцов производит их испытание на среднюю плотность и прочность при изгибе. По полученным данным все бригады строят графики зависимостей средней плотности и прочности от количества связующего вещества, а затем под руководством преподавателя все эти графики сводятся в один общий график, анализ которого позволит сделать соответствующие выводы о влиянии вида связующего вещества и его количества на среднюю плотность и прочность жестких минераловатных изделий.
1. Изготовление образцов на битумном вяжущем заключается в следующем. Во-первых, приготавливают связующее вещество. Из-за сложности получения чистой битумной эмульсии в лабораторных условиях готовят вначале глиняно-битумную пасту. Для этого используют молотую глину (лучше каолиновую марки 4-1), битум марок III и IV и подогретую воду. Состав глиняно-битумной пасты следующий: 1:1:2 (битум : глина : вода). Приготовление глиняно-битумной пасты осуществляют следующим образом. В лабораторную мешалку вливают 25 % подогретой до 80—90° С воды, затем постепенно всыпают молотую глину. После тщательного перемешивания глины с водой и получения глиняного теста в мешалку тонкой струей выливают разогретый до температуры 140—150° С битум. Одновременно с битумом для поддержания постоянной сметанообразной консистенции массы постепенно вливают подогретую оставшуюся воду. После тщательного перемешивания всех компонентов и равномерного распределения битума в массе, что характеризуется равномерным цветом массы, паста считается готовой.
Получение из массы битумной эмульсии производят добавлением воды с таким расчетом, чтобы концентрация битума в эмульсии составляла 10%. При этом масса подвергается интенсивному непрерывному перемешиванию.
Во-вторых, производят формование образцов. С целью экономии материалов и упрощения процесса формования образцов, а также учитывая, что работа производится с учебной целью, образцы рекомендуется изготовлять размером 100x200x30 мм. В соответствии с этим в лаборатории необходимо иметь комплект форм с перфорированными днищами.
Формование образцов осуществляют следующим образом. Исходя из заданной средней плотности и размеров образца, отвешивают необходимое количество ваты. При этом учитывают количество связующего вещества, которое будет введено в вату (количество битума и глины). Вначале изготовляют три образца с количеством связующего 10% от массы ваты. Для этого отвешивают три навески ваты с точностью до 1 г и каждую навеску смешивают с глиняно-битумной эмульсией, которую берут из расчета, чтобы в образце содержалось 10% битума от веса ваты. Вату, равномерно пропитанную глиняно-битумной эмульсией, укладывают в форму, стараясь распределить ее ровным слоем и разровнять имеющиеся койки. Поверх ваты устанавливают пуансон с грузом, обеспечивающим давление 0,005 МПа. Для получения необходимой толщины образца в форме должны быть ограничители.
Под действием груза часть воды удаляется из массы, а битум осаждается на волокнах ваты и скрепляе1 их между собой. Обычно влажность образца после формования составляет 65—75%.
В-третьих, производят тепловую обработку отформованных образцов путем высушивания их в сушильном шкафу при температуре 110—120° С в течение 5—6 ч или в лабораторной сушилке при температуре до 130° С в течение 3—4 ч.
Изготовление образцов с большим количеством связующего вещества производят аналогичным путем. При этом сохраняют неизменным количество ваты и увеличивают количество связующего вещества.
2. Изготовление образцов с применением неорганических связующих веществ осуществляют следующим образом.
Вначале приготавливают водную суспензию глины или диатомита в количестве, необходимом для формования трех образцов. При этом количество связующего вещества берут в соответствии с заданием (по табл. 10), а количество воды из расчета 1 : 10 (вата : вода). Приготовленную суспензию делят на три части и каждую часть тщательно перемешивают с навеской ваты. При этом навеску ваты берут в таком же количестве, в каком ее берет бригада, изготавливающая образцы на битумном связующем. Это делается для того, чтобы при испытании образцов можно было получать сопоставимые результаты.
Тщательно перемешанную массу помещают в форму и производят формование образца путем нагружения его грузом, обеспечивающим давление 0,005 МПа. Изменение количества связующего вещества (при изготовлении образцов с большим его содержанием) обеспечивают путем увеличения его концентрации в суспензии.
Тепловую обработку отформованных образцов осуществляют в сушильном шкафу или в лабораторной сушилке при температуре 130—150° С до постоянной массы.
3. Испытание образцов на среднюю плотность и прочность при изгибе производят по методике, изложенной в первой части практикума (гл. I, § 3 и 5).
По полученным результатам каждая бригада строит графики зависимости свойств изделий от количества и вида связующего вещества, указанные в начале описания данной работы.
Для удобства пользования опытными данными при построении графиков результаты, полученные при проведении опытов подгруппой, рекомендуется записывать по следующей форме:
Лабораторное оборудование и приборы: 1. Лабораторная мешалка емкостью 5—10 л. 2. Комплект форм с перфорированными днищами и пуансонами. 3. Сушильный шкаф или лабораторная сушилка с принудительным движением теплоносителя. 4. Прибор для испытания образцов на изгиб. 5. Измерительный инструмент. 6. Весы технические Т-200. 7. Мерная посуда.
ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ III
Китайцев В. А. Технология теплоизоляционных материалов. М., 1964.
Технология минеральных теплоизоляционных материалов и легких бетонов / Горяйнов К. Э., Дубенецкий К. Н., Васильков С. Г., Попов Л. Н. М., 1976.
Справочник по производству теплоизоляционных и акустических материалов. М., 1976.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ю.П.ГОРЛОВ
1982 |
