Компактирование

Высокие требования, предъявляемые к шихте: химическая и гранулометрическая однородность, исключение ее расслоения и механического загрязнения, уменьшение затрат на транспортировку и хранение, снижение пыления и испарения компонентов шихты на последующих этапах переработки делают, как правило, процесс подготовки шихты определяющим при изготовлении высококачественных стекол. Поэтому наряду с традиционной технологией ведутся работы, по приготовлению шихты методом гелей, растворов и гидротермального синтеза. С этой же целью начинают использовать гранулированные компоненты или группы компонентов, все чаще применяют шихты, уплотненные на оборудовании разных видов. Наиболее перспективным направлением совершенствования процесса приготовления шихты является ее компактирование на валковых прессах с получением продукта в виде плиток неправильной формы [11 - 13].

Компактированная шихта дает возможность ее предварительного нагрева перед варкой, сокращения продолжительности процесса стекловарения, повышения производительности стекловаренных печей, экономии топливно-энергетические ресурсов при соблюдении требований промышленной экологии. Кроме того, этот процесс позволяет использовать новые сырьевые материалы, например, борат кальция, которые до настоящего времени не применялись в стекольной промышленности из-за своей нетехнологичности - повышенного пыления, мелкодисперсности, гигроскопичности, низкого насыпного веса и др.). Технология отличается простотой, экономичностью, высокой производительностью и включает всего три операции: увлажнение исходных компонентов, компактирование на валковом прессе, классификацию плиток по размерам (для некоторых видов стекол).

В общем случае процесс компактирования происходит следующим образом (рис. 3.5). Исходная шихта 4 поступает в загрузочный бункер 3 пресса 2 и в результате встречного вращения валков 1, сил трения и адгезии поступает в зазор между ними и уплотняется до плиток 5 требуемой толщины, плотности и прочности. Образующиеся при компактировании плитки и просыпь 6 (часть неуплотненной шихты) могут подаваться на ленточный конвейер и элеватором транспортироваться на классификатор (вибрационный двухситный грохот) для классификации по размерам: крупная фракция (6-I0х80х400 мм), товарная фракция (гранулы 1,5-10 мм), нетоварная фракция - просыпь (частицы размером < 1,5 мм). Крупная и товарная фракция ленточным конвейером подаются в бункер-накопитель и в дальнейшем - к месту загрузки в стекловаренную печь или на склад. Образующаяся просыпь возвращается на повторное компактирование.

На рис. 3.6 представлена аппаратурно-технологическая схема компактирования стекольных шихт разного назначения производительностью до 10 т/ч.

Сырьевые компоненты шихты (кварцевой песок, глинозем, плавиковый шпат и др.), прошедшие стадии предварительной подготовки (перемешивание, увлажнение и транспортировку), направляются, например, по трубопроводу в накопительный бункер 1 с вибратором 2, а из него через дозатор 3 в расходный бункер 5 с подпрессователем-смесителем валкового пресса 6. Основной агрегат установки - валковый пресс конструкции Дзержинского филиала ЛенНИИХиммаш и МГУИЭ имеет следующие характеристики:

Диаметр валков, м 0,52

Длина рабочей поверхности валков, м 0,16

Частота вращения валков, мин^-I 18

Размер сечения загрузочного бункера, м 0,16 х0,40

Высота заполнения бункера шихтой, м 1,4

Всл ичина регул ируемого зазора между валками, мм 2 – 8

Давление в гидросистеме, МПа 10 - 25

Производительность по плитке, т/ч 5-6

Количество подаваемой шихты на компактирование (нагрузка на рабочую поверхность валков) составляет 300-1200 кг/м3 и регулируется вначале «грубо», например, шлюзовым затвором и затем «плавно» вибрационным питателем. Толщину ленты (плитки) устанавливают в зависимости от максимальных размеров наиболее твердого компонента шихты, например, кварцевого песка с твердостью по шкале Мооса 6,5-7 ед., которую регулируют в пределах (1 - 12) d_max. Скорость компактирования шихты при этом устанавливают в диапазоне 0,02-5,2 м/с.

Для некоторых типов стекольных шихт предусмотрено компактированную шихту после валкового пресса подавать сразу в стекловаренную печь, исключив стадию рассева по фракциям. В схеме предусмотрена очистка воздуха в отделении компактирования шихты. 3апыленный воздух от аспирационных отсосов поступает в пылеосадитель и очищенным выбрасывается в атмосферу. Улавливаемая в аппаратах пыль возвращается на повторное компактирование.

В процессе компактирования формируется дисперсная структура, характеризуемая определенной пористостью, плотностью упаковки кристаллических блоков (активированные и неактивированные компоненты шихты), концентрацией и прочностью фазовых контактов между ними, количеством и видом дефектов отдельных блоков, синтезированных фазовых образований (СФО) и плиток в целом. Характер сформировавшейся структуры компактированной шихты определяет не только ее прочность, но и свойства будущих расплавов и внутреннюю структуру стеклоизделий. Давление, влажность и наличие связующего способствуют повышению и накоплению уплотняемой системой диссипативной энергии, переходящей в тепловую. Эта энергия инициирует процессы разупорядочения кристаллической решетки твepдых частиц, существенно интенсифицируя процессы диффузии, ОХР и ТФР между компонентами смеси. Однако высокое давление, вода или ПАВ способствуют изоморфной кристаллизации и рекристаллизации компонентов смеси и продуктов реакций полимеризации и поликонденсации. В любом случае эти процессы при водят к образованию кристаллов с более совершенной для процесса стекловарения структурой или к получению новых СФО, способствующих резкому снижению скорости диффузии легколетучих компонентов шихты из расплава.

Эффективность процесса, в первую очередь, определяется конструкцией валкового пресса, его надежностью в работе, простотой эксплуатации и износостойкостью валков. Приведенные в табл.3.1 данные позволяют судить о разнообразии прессового оборудования (каждая фирма выпускает несколько моделей разных габаритов применительно к конкретному продукту). В нашей стране выпущены лишь опытные образцы аналогичного оборудования. Валки прессов изготавливают из легированных чугунов, к - 3 % Сг, или из легированных сталей типа 9Х2, или из обычных конструкционных типа Сталь 40, 45. Наружная поверхность валков закаливается на глубину до 25 мм, а сердцевина валка имеет меньшую твердость для поглощения ударов и вибрации. При обработке высокоабразивных материалов, к которым относятся стекольные шихты, используют валки специальной конструкции (патенты США № 4306846 и № 407215, (рис. 3.7).

Таблица 3.1

Режимные характеристики валковых прессов

Пресс конструкции	D" мм	В" мм	Рп""",	v, С	B'"	П, Т/Ч
			кН		к т
НИИХИММАШ
- вариант А	400	120	650	0,95	10	0,5
- вариант Б	520	520	1500	1,8	70	9
ВНИИГ	600	250	1800	1,6-3,0	-	3-7
«Zemag Zeitz»	1000	1250	3200	1,5-2,5	400	14-19
(ФРГ)
«Humboldt Wedag	1400	1200	.-	0,9-1,1	400	40-100
AG» - WPl40
(ФРГ)
«Нutt-Соmрасtог» -	520	230	150	-	45	-
MS75 (ФРГ)
«Komarek -Grea-	500	500	640	-	75	5
vеs»-2020A (США)
«Sahut-СоnrеllГ»	1000	800	-	-	-	80
(Франция)

Их рабочая поверхность набирается из легкосъемных сегментов (элементов), изготовленных из твердых износоустойчивых материалов. Фирмой «Komarck-Greawes» (США) разработан валок, сменные сегменты которого можно заменить новыми часично или полностью без необходимости демонтажа прессующих узлов. Аналогичные конструкции разработаны в МГУИЭ (Авт.свид. СССР № 1475745, № 1459704, № 1489824, рис. 3.8-3.9).

Важнейшими геометрическими параметрами компактирования порошкообразных материалов являются центральные углы, определяющие положение некоторых поперечных сечений очага деформации. Под очагом деформации (см. рис. 3.5) подразумевают объем порошка, расположенный между прокатными валками и боковыми стенками загрузочного устройства бункера и ограниченный сверху сечением, в котором происходит контакт между порошком и обоими валками, а снизу - сечением выхода плитки из валков. На плотность и прочность получаемого прессата существенно влияют геометрические, кинематические параметры оборудования и характеристики перерабатываемых порошков [11,14,15]. Средняя плотность компактированной шихты (плитки) ..

(3.6)

где Р" - насыпная плотность порошковой шихты; е_у – среднее интегральное значение относительной объемной деформации в зоне уплотнения.