авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Изоляционные материалы из базальтовых волокон, полученных индукционным способом

-- [ Страница 2 ] --

Выбор сырья для получения волокон должен осуществляться с учетом влияния его минерального и химического составов на физико-химические свойства расплава, а также условий протекания процессов плавления и волокнообразования. Проведенные в рамках диссертационной работы экспериментально-теоретические исследования горных пород более 50 месторождений позволили сделать заключение, что основными параметрами, определяющими пригодность расплава для получения волокон и поведение его при выработке продукции, являются поверхностное натяжение, кристаллизуемость, смачивание материала, из которого изготовлены промышленные сосуды и питатели, вязкость и ее температурная зависимость. При этом были установлены некоторые закономерности. Высокий уровень поверхностного натяжения у базальтовых стекол обусловливает длительное газовыделение в процессе стекловарения и требует большего времени для гомогенизации расплава. Анализ зависимости = f (t) показал, что она составляет небольшую величину для расплавов из горных пород независимо от их химического состава (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Температурная зависимость поверхностного натяжения расплавов габбро (1); диабаза (2); базальта (3) и алюмоборосиликатного стекла (4)

Для базальтовых стекол характерна повышенная кристаллизационная способность, оказывающая отрицательное влияние на температурный интервал выработки волокон tивв и определяющая его нижнюю границу. Эксперименты показали, что значения температур верхнего предела кристаллизации tвпк для расплавов горных пород различного химического состава сопоставимы и находятся в интервале 1270…1330 С, что значительно превышает величину этого параметра для промышленных стекол. Более вязкие расплавы менее склонны к кристаллизации, а с увеличением содержания оксидов железа в стекломассе способность ее к кристаллизации повышается. Смачиваемость железосодержащими базальтовыми расплавами платинородиевого сплава также высока по сравнению со стеклом и возрастает с повышением температуры (рис.2.2). Это обусловливает «затекание» фильерного поля, приводящее к снижению tивв.

В значительной степени tивв зависит от вязкости и скорости твердения расплава. Базальтовые расплавы обладают высокой скоростью твердения, зависящей от химического состава сырья (рис. 2.3) и связанной с наличием на их поверхности слоя, плохо пропускающего тепло.

Рисунок 2.2 – Температурная зависимость краевого угла смачивания для базальтовых (1) и стеклянных (2) расплавов

Согласно полученным в ходе экспериментов данным, для производства штапельных волокон способом вертикального раздува воздухом наиболее оптимальной в диапазоне температур 1400…1450 С следует считать вязкость расплава от 3 до 10 Па·с, а непрерывные волокна стабильно формуются из расплавов с вязкостью 15±5 Па·с. Чем ниже скорость твердения расплава, тем шире tивв.

Рисунок 2.3 – Температурная зависимость вязкости расплавов габбро (1); диабаза (2); базальта (3)

Поскольку вязкость является одним из важнейших физико-химических свойств расплава, а измерение ее связано с определенными трудностями, исследователями неоднократно предпринимались попытки прогнозирования вязкости по химическому составу сырья, но, как правило, теоретически найденные значения этого параметра имеют низкую сходимость с экспериментальными, а сами методики достаточно сложны для применения в производственной практике. Нами предложена более простая формула расчета вязкости, учитывающая не только содержание оксидов в расплаве, но и их взаимное влияние. При моделировании использовали массив данных по вязкости базальтовых расплавов в диапазоне 1250…1450 С, измеренной с помощью ротационного вискозиметра, и химическому составу, определенному рентгенофлуоресцентным методом, горных пород 27 месторождений. Исходными параметрами для получения аппроксимационной формулы, наиболее адекватно отражающей весь набор экспериментальных данных, служили температура t (С), модуль кислотности Мк и содержание оксидов в базальтовых породах (% масс). Предварительный анализ, в котором участвовали 12 параметров, показал, что наибольшее влияние на вязкость расплава оказывают оксиды кремния, алюминия, кальция и железа. В результате математического моделирования получена зависимость, описываемая многофакторным уравнением регрессии, отражающим индивидуальный и суммарный вклад в значение вязкости расплавообразующих оксидов:

=3,62(SiO2)3,07(Al2O3)-0,16(CaO)-0,40(FeO+Fe2O3)1,34(Mк)1,25(t1100)-2,58.

Уравнение позволяет с достаточной точностью прогнозировать вяз-

кость расплава по химическому составу сырья при различных температурах, что подтверждается данными, приведенными на рис. 2.4.

а а

а б

Рисунок 2.4 – Расчетные и измеренные значения вязкости расплавов при 1400 С (а); 1350 С (б)

Установленные в свое время разработчиками базальтовых технологий ограничения по химическому составу сырья были продиктованы режимами его плавления в ванных печах при температурах не выше 1500 С. Однако с появлением индукционного метода, позволившего значительно повысить температуру расплава, представилась возможность расширить диапазон содержания отдельных оксидов и тем самым увеличить номенклатуру пород, пригодных для производства волокон.

Для изучения влияния температурно-временных режимов плавления на физико-химические свойства стекол расплавы из горных пород получали в лабораторных электрических печах прямого нагрева при 1450 °С и на промышленной установке в индукционном тигле при 2000 °С. Сравнительный анализ базальтовых стекол, сваренных в разных условиях, показал, что химический состав их достаточно близок, однако прослеживается явная тенденция к снижению суммарного содержания оксидов железа в высокотемпературных расплавах, приводящему к изменению физико-химических свойств. Стекла, полученные в индукционной печи, характеризуются пониженной вязкостью и менее склонны к кристаллизации. При этом они, обладая высокой химической однородностью, обеспечивают более широкий tивв (табл. 2.1), а также практически бездефектную поверхность непрерывных волокон (рис. 2.5), обусловливающую их повышенную прочность.

Таблица 2.1

Температурный интервал выработки и параметры волокон

Наименование породы tварки, °С tивв, °С d, мкм р, МПа
Габбро 1450 1410 …1450 7…8 2300 ± 90
2000 1380 …1430 7…8 2500 ± 100
Диабаз 1450 1420 …1450 6…7 2560 ± 70
2000 1400 …1440 6…7 2750 ± 80
Базальт 1450 1390…1440 10…12 1800 ± 100
2000 1380…1440 11…12 1870 ± 70

Примечание: d – диаметр волокна; р – прочность при растяжении

Рисунок 2.5 – Электронная фотография базальтовых непрерывных волокон

С учетом выбранных критериев проведена оценка возможности использования в производстве штапельных и непрерывных волокон горных пород Сибири и Дальнего Востока с различным химическим составом, характеризуемым модулями кислотности Мк и вязкости Мв (табл. 2.2). Эксперименты показали, что условия получения стекол для каждой из пород различны, однако все они переходят в расплав при температуре не выше 1450 С. При этом отмечено, что скорость дегазации и гомогенизации расплава в значительной степени зависит от величины поверхностного натяжения стекломассы (плавление долерита и караканского базальта сопровождается самым низким газовыделением и заканчивается быстрее по сравнению с другими породами).

Таблица 2.2

Основные характеристики расплавов

Наименование породы (месторождение) Мк Мв , Н/м , Па·с, при t,С tвпк, С tивв, °С
1400 1450
Габбро (Харпа) 6,24 2,56 0,382 18,3 10,7 1295 1440…1450
Долерит (Банчиковское) 5,87 2,12 0,365 13,4 8,9 1295 1370…1400
Базальт (Караканское) 5,67 2,13 0,370 19,8 12,4 1300 1390…1440
Диабаз (Васильевское) 4,88 1,99 0,380 9,6 7,4 1310 1420…1450
Габбро (Малетинское) 4,27 1,82 0,386 7,6 4,8 1310 1410…1450
Амфиболит (Турочак) 3,37 1,60 0,384 5,6 3,8 1330 отсутствует
Диабаз (Буготакское) 3,34 1,64 0,386 7,4 5,0 1300 1370…1395

Оптимальный уровень вязкости для формования штапельных волокон имеют только расплавы диабазов, амфиболита и малетинского габбро, а необходимый для выработки тонких непрерывных волокон у большинства исследованных пород реализуется в недостаточно широком температурном интервале.

Практически отсутствует tивв у амфиболита, расплав которого обладает повышенной кристаллизуемостью и смачиванием. Достаточно высокая прочность и химическая устойчивость полученных в лабораторных условиях тонких и грубых непрерывных волокон к агрессивным средам позволила рекомендовать их для изготовления композиций, работающих в экстремальных условиях. Минеральная вата, изготовленная из всех исследованных пород, удовлетворяет требованиям нормативной документации для вида ВМСТ.

В третьей главе описан разработанный и запатентованный способ получения минераловатного ковра из базальтовых супертонких волокон, изложены теоретические и экспериментальные исследования преобразования расплава в волокно в акустическом газодинамическом поле, результаты которых использованы при отработке технологического процесса получения минеральной ваты и создании промышленного производства. Сформулированы научные подходы к повышению производительности установок по выпуску волокнистых утеплителей.

Разработанный технологический процесс получения из горных пород минеральной ваты реализуется на промышленном оборудовании согласно приведенной на рис. 3.1 схеме.

Рисунок 3.1 – Аппаратурно-технологическая схема производства минеральной ваты: 1 – дутьевое устройство; 2 – высокочастотный генератор; 3 – блок нагрузочного контура; 4 – индукционная печь; 5 – шихтопровод; 6 – камера волокноосаждения; 7 – дозатор

Исходное сырье из бункера дозатора пневмотранспортом подается в циклон-разгрузчик, установленный над плавильной зоной печи, и за счет действия центробежных сил равномерно разбрасывается по поверхности расплава, для сохранения которого используется тигель, установленный внутри катушки-индуктора, подключенной к нагрузочному контуру генератора. При плавлении породы стенки тигля, выполненные в виде ряда медных трубок, охлаждаемых водой, покрываются коркой застывшего расплава, образуя слой гарнисажа, предохраняющего их от взаимодействия с высокотемпературным расплавом. Разогрев тигля на стадии пуска в состоянии, при котором базальтовая шихта является диэлектриком, производится теплом, выделенным при нагреве и сжигании стартового материала – порошкообразного графита, размещаемого поверх шихты по периметру тигля. При выгорании графита на поверхности шихты образуется кольцо из перегретого расплава, который поглощает высокочастотную энергию электромагнитного поля и за счет избыточного тепла переплавляет шихту. Через некоторое время устанавливается тепловой баланс, при котором мощность поглощаемого электромагнитного поля становится равной суммарной мощности потерь в тигле с расплавом. В конструкции тигля предусмотрена водоохлаждаемая перегородка, разделяющая его на плавильную и выпускную зоны. Последняя снабжена выпускной леткой, через которую сливается расплав при превышении его уровня над уровнем нижней кромки летки. В режиме стабилизации плавления породы непрерывно истекающая из выпускной зоны тигля струя расплава подается на направляющий лоток и втягивается в дутьевое устройство, где сверхзвуковым турбулентным потоком воздуха перерабатывается в супертонкие волокна. Отработанный энергоноситель вместе с волокном и неволокнистыми включениями попадает в камеру волокноосаждения, внутри которой находится конвейер с транспортерной лентой из металлической сетки. Благодаря разрежению, создаваемому дымососом, волокна оседают на движущейся сетке конвейера, образуя слой ваты (ковер), который при сходе с конвейера рулонируется на скалке.

Патентно-информационный поиск и проведенные эксперименты показали, что в большей мере, чем от остальных параметров технологического процесса, качество минеральной ваты зависит от конструкционных особенностей дутьевых устройств. В работе рассматривались головки двух типов – вихревая (центробежная) и струйная (прямоточная). Полученные результаты предопределили выбор для дальнейших исследований устройства струйного типа, обеспечивающего достаточно высокое качество продукции при меньших затратах энергоносителя. Моноволокна в минеральной вате, изготовленной с использованием струйной головки, по форме и диаметру аналогичны получаемым по «фильерной» технологии (рис. 3.2), а характер их распределения в минераловатном ковре по диаметру (рис. 3.3) говорит о стабильности процесса раздува и надежности работы выбранной конструкции головки.

Рисунок 3.2 – Электронная фотография минеральной ваты из супертонких волокон

Рисунок 3.3 – Распределение моноволокон по диаметру в минераловатном ковре



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.