ТСМ II
.pdfдостигается равномерная кристаллизация стекла по всему объему, обеспечиваются заданные размеры кристаллов и их состав. Такой тип кристаллизации называют катализированной гетерогенной кристаллизацией.
В высокотемпературном расплаве стекломассы катализатор растворяется полностью, и такой расплав можно достаточно быстро охладить без кристаллизации. Затем готовое изделие подвергают дополнительной тепловой обработке: нагреву и выдержке в определенном интервале температур. Дополнительная термическая обработка в области относительно низких температур приводит к выделению микрокристаллов каталитической добавки из-за ограниченной растворимости в стекле. Выделившиеся микрокристаллы играют роль центров кристаллизации, на которых идет рост кристаллической фазы. Температурные условия, обеспечивающие наибольшую скорость выделения центров кристаллизации и роста кристаллов, могут не совпадать. Соответственно и термообработку ведут или в одну или в две стадии (например при 740-750 и 950 10000С). Длительность выдержки на каждой стадии 1-2 часа.
Для получения ситаллов, в состав шихты добавляют небольшое количество катализаторов, интенсифицирующих процесс кристаллизации стекла.
Различают две группы катализаторов:
1группа – входят золото, серебро, диоксид меди, т.е. те соединения которые в процессе варки растворяются в стекломассе, а при термообработке стекла выделяются в виде микрокристаллов.
2группа – оксиды и соли различных металлов, в частности титана. Стекла с добавкой таких катализаторов не являются однородными, а разделяются на стекловидные фазы, различные по составу. Одна из таких фаз образует в стекле капли, равномерно распределенные в другой. При термической обработке наличие поверхности раздела между двумя фазами способствует кристаллизации.
Все ситаллы можно условно разделить на технические, строительные и бытового назначения.
Составы ситаллов относят к системам:
MgO-Al2O3-SiO2, Li2O-Al2O3-SiO2, СаО Al2O3-SiO2 и другие.
Различают ситаллы:
-по виду сырьевых материалов: технические – на основе химических соединений; шлакоситаллы – на основе промышленных отходов (шлаки, золы); петроситаллы – на основе горных пород (базальт, диабазы и др.).
-по виду выделяющихся кристаллических фаз: кордиеритовые,
сподуменовые, волластонитовые, пироксеновые, высококремнеземистые и др;
-по назначению: термостойкие, высокопрочные, износостойкие, конденсаторные и др.;
81
Для получения изделий из ситаллов используют преимущественно стекольную или керамическую технологии.
Стекольная технология включает:а) подготовка стекольной шихты с добавлением катализатора кристаллизации;б) плавление шихты при температурах, обеспечивающих получение гомогенной осветленной стекломассы в ванных или горшковых печах;в) формование изделий из высоковязкого расплава стекла методами прессования, выдувания, литья, прокатки, вытягивания;г) отжиг и последующая термообработка для осуществления регулируемой кристаллизации, обеспечивающая получение микрокристаллической структуры.
Керамическая технология включает:а) получение гранулята стекла резким охлаждением стекломассы при выработке; б) измельчение и сушка гранулята;в) введение термопластической связки;г)
формование изделий из полученной массы методами прессования или шликерного литья;д) спекание полученных изделий при высокой температуре с одновременной кристаллизацией, что обеспечивает получение монолитного поликристаллического материала.
Свойства: плотность 2400-5800 кг/м3; прочность при изгибе 90-350 МПа; прочность при сжатии 500-1500 МПа; модуль упругости 75-140 ГПа; термостойкость 150-10000С; жаропрочность 800 13500С.
Производство стекловолокна
Технологический процесс состоит из следующих стадий:
-подготовка стеклошариков;
-выработка стеклонитей.
Стеклошарики разгружаются и хранятся в крытом складском помещении, в бункерах (1).
Со склада в цех электропечей стеклошарики транспортируются гидроподачей. В процессе гидроподачи происходит мойка и очистка их от загрязнений. Из отсеков бункера стеклошарики по ленточному транспортеру и ковшовому элеватору подаются в бак накопитель.
Стеклошарики с водой по стальному трубопроводу под давлением подаются в расходные бункера, расположенные в цехе.В основании расходного бункера имеется металлическая решетка, через которую стекает вода. Из расходного бункера стеклошарики подаются на ленточный транспортер, на котором установлен магнитный улавливатель для предотвращения попадания металлических предметов в стеклоплавильный сосуд. С ленточного транспортера стеклошарики поступают в лотки бункера на стеклоплавильный агрегат (СПА), далее через загрузочные ручьи в стеклоплавильный сосуд.
Для выработки стеклонитей применяются стеклоплавильные сосуды с непрерывной загрузкой стеклошариков. Намотка осуществляется в одну или две пряди на бабину (манжету).
82
Формование элементарных стеклонитей при установленном режиме расплава стекла происходит за счет отвердевания стекломассы в подфильерной зоне и механического вытягивания.
Для охлаждения стекломассы в подфильерной зоне применяется охлаждающее устройство – подфильерный холодильник.
При пуске установки оператор получения стекловолокна собирает все элементарные в одну или две пряди и укладывает в ролик нитесборника с двумя канавками. Оператор протягивает комплексную нить через нитесборник, наматывает ее на край бабины и включает наматывающий аппарат. Спустя 2-3 секунды после включения оператор заводит нить в щель нитеводителя и с этого момента начинается цикл намотки нити заданного пикса.
83
РАЗДЕЛ №18. Технология силикатного кирпича
Силикатный кирпич — один из самых распространенных материалов, традиционно используемых при возведении зданий и сооружений. Технология кирпичной кладки представляет архитекторам и дизайнерам неограниченные возможности для воплощения творческих замыслов. Обеспечивая надежную защиту от воздействия внешних факторов, обладая высокой огнестойкостью и сравнительно низкой теплопроводностью, кирпич предопределяет высокий уровень безопасности и комфорта как жилых, так и промышленных зданий.
По назначению кирпич делится на строительный и лицевой (облицовочный, фасадный). Строительный кирпич используется для внутренних рядов кладки или для внешних рядов, но с последующей штукатуркой.
Лицевой кирпич — однородного цвета, имеет две гладкие, ровные лицевые поверхности (так называемые «тычок» и «ложок»). Он используется для декоративной отделки интерьера и экстерьера.
Технология изготовления силикатного кирпича известна давно. В 1880 г. было установлено, что при автоклавной обработке известково-песчаных смесей при давлении пара 0,8 МПа и температуре выше 170°С могут быть получены очень прочные, водостойкие и долговечные изделия. В настоящее время силикатная промышленность — одна из наиболее развитых отраслей промышленности строительных материалов.
Сущность превращения известково-песчаной смеси из легкоразмокающего и малопрочного материала, в прочный и водостойкий камень заключается в следующем. При естественных условиях песок в известково-песчаных смесях инертен и не способен химически взаимодействовать с известью. В результате этого приобретение прочности известково-песчаными растворами в естественных условиях достигается главным образом за счет твердения извести. Процесс твердения извести складывается из двух одновременных процессов: испарения влаги и карбонизации извести углекислым газом воздуха.
84
Только применение высокой температуры и давления при запаривании
вавтоклаве позволяет реализовать процесс твердения извести по другой схеме. В автоклаве кварцевый песок приобретает химическую активность, вступает в химическую реакцию с известью с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, как при твердении цемента. Этот процесс можно значительно активировать за счёт замены части рецептурного кварцевого песка на механоактивированный кварцевый песок, который создаёт химически-активные центры кристаллизации при твердении силикатного кирпича в автоклаве. Это позволит сократит время запаривания изделий или полностью отказаться от автоклавной технологии.
Из известково-песчаных смесей изготовляют крупноразмерные изделия для сборного строительства — блоки и панели для стен и перекрытий, а также штучные изделия — силикатный кирпич и камни для стен.
Материалами для изготовления силикатного кирпича являются воздушная известь и кварцевый песок. Известь применяют в виде молотой негашёной, частично загашенной или гашёной гидратной. Известь должна характеризоваться быстрым гашением и должна содержать не более 5% MgO для сохранения равномерности изменения объёма. Пережог замедляет скорость гашения извести и даже вызывает появление в изделиях трещин, вспучиваний и других дефектов. Для производства силикатных изделий известь должна содержать минимальное количество пережжённых частиц.
Кварцевый песок в производстве силикатных изделий применяют немолотый или в виде смеси немолотого и тонкомолотого, а также грубомолотого с содержанием кремнезема не менее 70%. Наличие примесей
впеске отрицательно влияет на качество изделий: слюда понижает прочность, и её содержание в песке не должно превышать 0,5%. Органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность изделий.
Содержание в песке сернистых примесей должно быть не более 1,0% в
пересчете на S03. Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10%; при таком содержании они даже несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения глины в песке не допускаются, так как снижают качество изделий.
Примерный состав известково-песчаной смеси для изготовления силикатного кирпича следующий: 92 — 95% чистого кварцевого песка, 5 — 8% воздушной извести и примерно 7% воды.
Прессование кирпича производят на механических прессах под давлением до 15 — 20 МПа, обеспечивающем получение плотного и прочного кирпича. Отформованный сырец укладывают на вагонетку, которую направляют в автоклав или сушильную камеру, для твердения.
Автоклав представляет собой стальной цилиндр диаметром 2 м и более, длиной до 20 м, с торцов герметически закрывающийся крышками. С повышением температуры ускоряется реакция между известью и песком, и при температуре 174 °С она протекает в течение 8 — 10 ч. Быстрое твердение
85
происходит не только при высокой температуре, но и высокой влажности, для этого в автоклав пускают пар давлением до 0,8 МПа и это давление выдерживают 6 — 8 ч. Давление пара поднимают и снижают в течение 1,5 ч. Цикл запаривания продолжается 10 — 14 ч.
Силикатный кирпич выпускают размером 250×120×65 мм; марок — М75, 100 и 125, 150 и 200; водопоглощением — 8 — 16%; коэффициентом теплопроводности — 0,70 — 0,75 Вт/м -°С; объемной массой — 1800–1900 кг/м3; морозостойкостью от F15 до F50.
Силикатный кирпич и камни используются для кладки несущих стен, их облицовки, и облицовки стен из других материалов, а также для реконструкции жилых и общественных зданий. Кирпич одинарный имеет размеры 250×120×65 или 250×120×88 мм, а полуторный — 250×120×103 мм.
Несомненный плюс силикатного кирпича перед керамическим состоит в его повышенных звукоизоляционных характеристиках, что является немаловажным при возведении межквартирных или межкомнатных стен.
86
По технико-экономическим показателям силикатный кирпич превосходит кирпич глиняный. На его производство требуется в 2 раза меньше топлива, в 3 раза меньше электроэнергии, в 2,5 раза меньше трудоемкости производства; в конечном итоге себестоимость силикатного кирпича оказывается на 25 — 35% ниже глиняного.
Водостойкость силикатного кирпича ниже, чем у керамического. Поэтому и в универсальности применения он красному (керамическому) уступает. Силикатный кирпич хорошо использовать при кладке несущих стен и различных перегородок, но категорически запрещено применять его при закладке фундамента, класть печи, камины, трубы, цоколи и т.д.
Одним из реальных источников брака силикатного кирпича (трещин, половняка, отбитостей) является некорректная транспортировка и выгрузка кирпича. Некондиция при такой транспортировке увеличивается от начального объёма.
«Цивилизованным» способом является перевозка кирпича на поддонах. По согласованию с потребителем кирпич отгружается на деревянных поддонах, с обвязкой полимерной лентой, а также упаковывается в полиэтиленовую пленку. Хранение кирпича желательно осуществлять под навесом (чтобы исключить прямое попадание атмосферных осадков), или упаковывать в полиэтиленовую плёнку.
Болевой точкой технологии получения силикатного кирпича является высолообразование. Высолы проявляются уже на кирпичных стенах в виде белых пятен и разводов. Образуются высолы в результате миграции солей из кладочного раствора, кирпича, грунтовых вод и даже воздуха. Большая часть высолов смывается дождями через год — два. Высолы можно удалить следующими средствами: раствором уксусной кислоты, 5-процентным раствором соляной кислоты или раствором нашатырного спирта (пузырек на ведро воды).
После такой обработки высохшие стены рекомендуется покрыть прозрачным водоразбавляемым щёлочестойким акриловым лаком или водным раствором гидрофобизаторов.
Начало производства силикатного кирпича, как и любой другой производственный процесс, начинается с подготовки и предварительной обработки всех сырьевых компонентов.
Подготовка силикатной массы для изготовления кирпича начинается с дозировки компонентов, которые затем войдут в состав сырья. Содержание извести в смеси определяют в зависимости от показателей ее активности, т.е. содержания в ее составе действующего вещества окиси кальция, при этом масса самой извести роли не играет. На каждом из предприятий по производству силикатного кирпича процент содержания извести в смести устанавливают расчетным путем, обычно его доля составляет около 6-8%. Если на производство поступает свежеобожженная известь, то ее требуется меньше, а если известь долго хранилась или имеет в своем составе большое количество примесей, то необходимое количество увеличивают. Как
87
уменьшение массы извести, так и ее передозировка негативно влияют на качество кирпича: снижается его прочность, растет себестоимость, а качество при этом не становится лучше. Поэтому перед добавлением извести в смесь проводится контроль ее активности, этот процесс в течение всей подготовки силикатной массы осуществляется несколько раз.
Известь добавляют в силикатную смесь, отмеривая ее по объему. Песок, необходимый для производства, отвешивают на бункерных весах. Для окончательного приготовления смеси требуется вода: она завершает реакцию гашения извести и помогает сформировать силикатную смесь, пластичную и легко подвергающуюся формованию готовых изделий. Кроме того, она обеспечивает правильное протекание химических процессов в структуре кирпича при запаривании.
Как и объемы прочих составляющих смеси, количество воды в ней должно быть четко нормированным: здесь вреден как ее избыток, так и нехватка. Если воды будет недостаточно, то процесс гашения извести не сможет завершиться в полном объеме, а если чересчур много, силикатная масса будет сильно мягкой, что затруднит процесс ее формования. Определить точное количество воды поможет показатель влажности песка, который поступает в производство, его замеряют в лабораторных условиях. Расчет количества воды производят на единицу готовой продукции, это может быть или 1000 in готового кирпича, или 1 кубометр силикатной массы.
Весь объем воды, поступающий в смесь, распределяется в ней согласно пропорции: на гашение извести уходит 2,5%, на испарение в процессе реакции гашения – 3,5%, а на увлажнение получившейся массы – около 7%.
Силикатная масса может быть приготовлена барабанным или силосным способом. Силосный способ экономически более выгоден, т.к. при этом не требуется большое количество пара, да и сама технология процесса значительно проще. Поступая на одновальную мешалку, известь и песок тщательно перемешиваются и увлажняются, а затем выдерживаются в течение 4-10 часов, где за этот промежуток времени известь подвергается реакции гашения. В процессе разгрузки силоса в окружающий воздух выделяется большое количество взвешенных частиц и пыли, что создает неблагоприятные условия работы для обслуживающего персонала. Поэтому в процессе разгрузки силоса запрещается нахождение в помещении людей, а совершенствование производства направлено на полную автоматизацию процесса, чтобы исключить роль человека в этой технологической операции.
После окончательного составления силикатной смеси она поступает на прессование. Показатели давления, которому подвергается силикатная смесь, напрямую влияет на качество кирпича. Чем более сильное давление оказывается на смесь, тем меньше пустот и отверстий остается в ее структуре и тем плотнее будет готовый кирпич. Основные частицы структуры кирпича должны быть соединены между собой лишь вяжущим веществом, без пор воздуха и капель влаги – только на этих условиях качество готового продукта будет наилучшим.
88
Важное значение приобретает показатель скорости приложения давления на массу. Если оказанная сила будет резкой и значительной, то вместо формования произойдет разрушение структурного состава кирпича. Поэтому давление на массу должно увеличиваться постепенно, доходя до показателя в 150-200 кг на 1 куб см.
В процессе производства на каждом его этапе осуществляется контроль уровня влажности силикатной массы. В процессе прессования этот показатель не должен превышать 7%. Увеличение или уменьшение этого показателя нежелательно: в первом случае масса с трудом будет подвергаться формовке, а во втором кирпич будет разламываться из-за недостаточной эластичности.
Прессование – многоступенчатый процесс, основными составляющими которого являются: наполнение силикатной массой прессовых форм, собственно прессование, выталкивание сырца из формы и укладка его на вагонетки для запаривания. По размерам силикатный кирпич должен полностью соответствовать требованиям ГОСТа, в противном случае вся партия бракуется и отправляется на переработку. Плотность сырца можно регулировать путем контроля степени наполнения прессовых коробок: чем больше силикатной массы поместить в форму, тем выше будет плотность сырца, и наоборот. В процессе прессования следует контролировать одинаковое наполнение всех форм – это позволит сделать весь кирпич партии одинаково плотным.
После окончания процесса прессования сырец поступает для прохождения тепловлажной обработки в автоклав. Процесс запаривания сырца состоит из трех последовательных стадий. Первая начинается с поступления смеси в аппарат и выдерживается до выравнивания показателей температуры пара и самого изделия. Во время прохождения второй стадии температура и уровень давления поддерживаются на постоянном уровне, чтобы в толще кирпича правильно начались и своевременно завершились все физико-химические процессы, а именно: выпаривание излишнего количества влаги и образование вещества гидросиликата кальция. На этом этапе происходит затвердевание кирпича. Третий этап – это остывание готового продукта после прекращения теплового воздействия на него. После окончания процесса остывания готовый силикатный кирпич поступает на склад для хранения и упаковки.
89
РАЗДЕЛ №19 Защита окружающей среды в технологии тугоплавких неметаллических силикатных материалов.
Силикатная промышленность перерабатывает - огромные объемы различных видов твердого сырья, использует тысячи и тысячи кубометров воды. Часть перерабатываемого сырья и воды в процессе производства попадает в виде различных отходов в помещения цехов и в окружающую среду, негативно действуя на условия труда работающих, повышая экологическую напряженность в районе размещения предприятий. Предприятия силикатной промышленности, особенно цементные и известковые, требуют повышенного внимания экологов. Радикальный путь, обеспечивающий охрану природы, - создание малоотходных и безотходных технологий. Эта задача решается по нескольким направлениям:
•создание принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции без образования отходов;
•создание бессточных технологических производств на основе рекуперационных методов очистки сточных вод;
•создание производств, использующих отходы как вторичные материальные ресурсы;
•создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплексов с минимумом выбросов в окружающую среду.
Образование побочных продуктов производства - процесс неизбежный. Задача состоит в том, чтобы по возможности снизить их объемы и не допустить попадания в окружающую среду. Все побочные продукты в зависимости от их агрегатного состояния могут быть сведены в три группы: твердые, жидкие (производственные сточные воды) и пылегазовые выбросы. В зависимости от их агрегатного состояния по-разному решаются и вопросы по защите окружающей среды от их влияния.
Наиболее распространенными видами твердых отходов являются стекольный бой и бой керамических изделий. В ряде случаев их направляют в отвалы, что нежелательно. Важнейшим способом снижения экологической напряженности является возврат твердых отходов в процесс производства. Стекольный бой обычно вводят в шихту в количестве до 20%. Это позволяет не только уменьшить объем отходов и снизить расход природных ресурсов, но и сократить расход энергии на производство стекла. Подготовка стеклобоя сводится к его сортировке и дроблению. Другим направлением использования стеклянного боя является получение новых материалов, например, путем наполнения смол или цемента измельченным стеклом. Из такого материала изготовляют панели, фланцы для труб, покрытия для пола. Воду в технологии ТНСМ применяют для охлаждения оборудования (технологического, энергетического, вентиляционного), для подготовки материалов и приготовления шихты, для бытовых целей. В зависимости от дальнейшего использования воды меняются требования к ее качеству. Так, вода для охлаждения оборудования должна иметь температуру не выше 40°С,
90