Технология производства стекловаты

 

Изделия вырабатываемые на основе  щебня и щебеночно- песчаной смеси из горных пород Барзаского месторождения Кемеровской области для производства базальтового супертонкого волокна и минеральной ваты соответствует следующему химическому составу:

 

	%
	50,0
	12,5
CaO	3,20
MgO	16,0
	15,0
	3,30

 

 К базальту и базальтовой крошке применяются следующие требования:

1.Щебень подготавливается в виде двух фракций, характеризуемых наименьшим и наибольшим номинальными размерами зерен, в миллиметрах: свыше 5 до 10; свыше 10 до 15. По согласованию с потребителями допускается изготовление щебня фракцией свыше 15 до 40.

Щебеночно- песчаная смесь изготавливается в виде фракций от 0 до 5 мм., при этом содержание зерен размером менее 1,25 мм. не должен превышать  20 % по массе.

2.Насыпная плотность щебня должна быть не менее 1300 кг/ , а щебеночно-песчаной смеси не менее 1500 кг/ .

3.В щебне и щебеночно- песчаной смеси не допускается наличие примесей в виде металлов,  песчано – глинистых пород, кварцевых жил, кислых изверженных, и соответствующих им по химическому составу горных пород (гранитов, песчаников). Содержание отдельных зерен кварца не должно превышать 0,5 % по массе.

4.В качестве сырья для изготовления щебня должно применяться диабазовой сырье фракцией  свыше 40 до 70, получение путем первичного дробления и сортировки горной породы (диабазы) Барзаского месторождения Кемеровской области.

ГОСТ базальтового щебня: ГОСТ 8269.0-97.

В качестве газа используется природный газ Московского потока.

 Состав сухого газа,%:

 

 

	%
	98,29
	0,82
	0,04
	0,01
	0,01
	0,83
	100

          

 К топливу  предъявляются следующие  требования:

- при сгорании  оно должно выделять большое  количество тепла;

- топливо должно  легко подвергаться транспортировки на большие

   расстояния;

- при сгорании  топливо не должно выделять  вредных газов для здоровья 

  людей и футеровки печей;

- топливо должно  быть дешевым.

 Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту введено  понятие об условном топливе, теплота сгорания которого принята равной 29300 кДЖ/кг.

Процесс горения топлива- быстропрекращающийся  физико-химический процесс взаимодействия его горючей смеси с окислителем, сопровождающийся выделением теплоты и света.

Процесс  горения газообразующего топлива - гомогенный, т.е. топливо и окислитель находятся в одном агрегатном состоянии.

  

2.4. Выбор и  описание технологической схемы  производства

 

Данный вид производства относится к вертикальному вытягиванию. Получение БСТВ осуществляется по технологической схеме получения супертонкого стеклянного волокна. Существует 3 способа получения БСТВ, горизонтальным раздувом с первичной стадии вытягивания базальтового волокна и с последующим его раздувом камерами сгорания, находящимися в горизонтальном положении.

Способ вертикального вытягивания экономически выгоден, так как он упрощает схему расстановки технологического оборудования и конвейерных линий, уменьшает энергоемкость расставленного оборудования, снижает количество обслуживающего персонала технологической линии и физические нагрузки лиц обслуживающих установки.

В данном курсовом проекте предусматривается производство матов БСТВ с установкой стеклоплавильной печи производительностью 250 кг. в сутки, по следующей технологической схеме:

 

 

Базальтовая

крошка

загрузчик

стеклоплавильная

печь

питатель

раздувочная

 камера

намоточный

барабан

контроль

упаковка

маркировка

склад

 

Базальтовая крошка засыпается в приемный бункер загрузчика-дозатор. Из бункера базальтовая крошка через нижнюю горловину просыпается на лопатку, находящуюся над течкой загрузки печи. Лопатка через систему рычагов связана с электромагнитом и совершает горизонтально-поступательные движения и просыпает крошку в течку загрузки печи. 
     Плавление базальта производится в камнеплавильной печи с вертикальным сводовым расположением газовой горелки, течки загрузчика и рекуператора печи. Плавление происходит с температурой 1400 . Уровень базальтового расплава 25 см. Обогрев печи производится газовоздушной смесью с предварительным подогревом воздуха в рекуператоре. 
      Из ванной печи расплавленный базальт поступает в фидер, в котором происходит подготовка расплава к выработке. Из фидера расплав подается на фильерный пластинчатый питатель для формирования первичных непрерывных волокон (нитей). 

 

 

 

                                                                                                                      Рисунок 2.

                                                                 Кладка камнеплавильной печи       

          

            

 
    Первичные нити вытягиваются устройством вытяжки волокон. Устройство представляет собой пару обрезиненных валиков, приводимых во вращение регулируемым электроприводом. Устройство вытяжки через гребенку подает нити к соплу раздува. Гребенка представляет собой пружину диаметром 20мм с шагом 2–3 мм.  
    Раздув первичных волокон в штапельные производится камерой раздува. Камера раздува волокон состоит из металлического кожуха с двойными водоохлаждаемыми стенками, футерованными огнеупорным кирпичом.  
    В камере происходит сгорание смеси природного газа и сжатого воздуха. Смесь поступает в топочное пространство, в котором под действием высокой температуры, раскаленной внутренней поверхности стенок камеры и сильной турбулентности газовоздушных струй создается скоростной высокотемпературный поток.  
    Во избежание проскока пламени задняя стенка камеры представляет собой перфорированную пластину.

Нагретые до высокой температуры продукты сгорания, вследствие высокого давления, создаваемого в камере, с большой скоростью выходят через водоохлаждаемое сопло, расположенное в передней части камеры.  
     Под воздействием скоростного высокотемпературного потока газов истекающих из сопла камеры раздува первичные нити преобразуются очень тонкое штапельное волокно необходимой длины.  
     Поток продуктов сгорания вместе с волокном поступает в диффузор камеры волокноосаждения к конвейеру барабанного типа. Волокно осаждается на сетке барабана в зоне примыкания к камере волокноосаждения, благодаря разряжению создаваемому пылевыми вентиляторами (дымососами).  
    Осажденный слой волокна в виде холста на выходе уплотняется роликом и наматывается на приемный барабан, с которого по мере накопления, разрезается и снимается вручную. После этого стекловолокнистый холст подрезается и направляется по раскладчику на стол раскладки, на котором раскройщица стекловолокнистых материалов отрезает по размеру, базальтовое волокно складывает в квадрат, и затем отправляет на производство  продукции из БСТВ. В изготовленных холстах БСТВ проверяют толщину изделия при помощи игломера.

Принятый контролером производства материал упаковывают в полиэтиленовую пленку, маркируют, запаивают шов и перевязывают шпагатом. Хранятся готовые упакованные маты в сухих закрытых складских помещениях. Транспортируют потребителю любым видом крытого транспорта, предохраняющим от попадания загрязнений.

 

 

2.5. Организация технологического контроля производства. Карта технологического контроля

   

 Базальтовая крошка (щебень), предназначенная для загрузки в камнеплавильную печь, проходит предварительный визуальный осмотр, сортировку, промывку, сушку. В базальтовой крошке (щебне) не допускается наличие инородных включений в виде металла, крошек шамота, мусора.

     Загрузка  базальтовой крошки (щебня) в камнеплавильную  печь осуществляется вручную совком по заданному режиму, обеспечивающему уровень расплава базальтовой массы над питателем  60-80 мм.

     Плавление  базальтовой крошки (щебня) и получение  термически однородной базальтовой массы с вязкостью, необходимой для процесса выработки базальтового непрерывного волокна, осуществляется в малогабаритной газоэлектрической камнеплавильной печи непрерывного действия прямого  нагрева, выполненной согласно чертежа ОГК.

 

 

 

 

                                                  

Карта технологического контроля	Ответственный за соблюдение параметров	Начальник смены	Начальник смены,  КИП, оператор	Оператор, технолог	Мастер смены, оператор	Мастер смены, оператор
	Место записи	Технологический журнал	Технологический журнал	Технологический журнал	Технологический журнал	Технологический журнал
	Кем контролируется	Лаборатор	Оператор	Оператор	КИП	Мастер смены
	Чем и как контролируется	Визуально	Стационарными термопарами	Уровнемером,	Амперметро	Манометр
	Частота проверки	Ежечасно	Ежечасно	Непрерывно	Ежечасно	Ежечасно
	Задание	60-120сек	1380-1420	25-30 мм	45-55 А	0,16-0,25 кгс/
	Наименование операции технологического процесса	1.Засыпка  в стеклоплавильную печь	2.Температурный  режим стеклоплавильной печи	3.Уровень  базальтового расплава	4.Сила  тока на фильерном питателе	5.Давление  газово- здушной смеси перед камерой сгорания

 

3. РАСЧЁТНАЯ  ЧАСТЬ

3.1 Расчёт технологических и физико-химических свойств стекла.

 Химический состав стекла для производства базальтовой ваты по условиям завода следующий:

SiO2 – 52,0

CaO – 10,0

MgO – 3,0

Al2O3 – 18,5

Na2O – 2,0

Fe2O3 – 14,5

Ʃ = 100%

Плотность стекла определяется по следующей формуле:

 

 

Где P1 , P2 … Pn – содержание оксидов в стекле, %;

d1 , d2 … dn – соответствующие коэффициенты.

 

 

 

Прочность при сжатии, МПа

Rсж = P1 C1 + P2 C2 +… Pn Cn

Rсж = 52 · 12,3 + 10 · 2 + 3 · 1 + 18,5 · 10 + 2 · 6 = 859,6

Rсж = 859,6 МПа

 

Прочность при растяжении, МПа

Rр = P1 N1 + P2 N2 +… Pn Nn

Rр = 52 · 0,9 + 10 · 2 + 3 · 0,1 + 18,5 · 0,5 + 2 · 0,2 = 76,75

Rр = 76,75 МПа 

 

Теплоёмкость, ДЖ/(кг·К)

 

 

Теплопроводность, Вт/(м·К)

λ·103 = P1 λ1 +P2 λ2 +… Pn λn

λ·103 = 52 · 8,74 + 10 · 11,6 + 3 · 13,44 + 18,5 · 10,7 + 2 · 12,85 = 834,45

λ·103 = 834,45

λ = 0,83 Вт/(м·К)

 

Модуль упругости, МПа

E = P1 E1 + P2 E2 +… Pn En

E = 52 · 700 + 10 · 700 + 3 · 400 + 18,5 · 1500 + 2 · 1000 = 74350

E = 74350 МПа

 

Коэффициент термического расширения

α · 107 = α1 P1 + α2 P2 +… αn Pn

α · 107 = 52 · 0,05 + 10 · 1,66 + 3 · 0,45 + 18,5 · 0,17 + 2 ·4,32 = 32,335

α = 32,3 · 107 ° C-1

 

Термостойкость, °C 

Где RP – прочность при сжатии, МПа

αст – коэффициент термического расширения

E – модуль упругости

R – константа. R = 1 для обычных стекол

 

 

Поверхностное напряжение, H/м

Ϭ = [Pi ϬI – (t – 900) · 0,04] · 10-3

Ϭi – парциональный множитель

Ϭ = [ 52 · 34 + 10 · 4,8 + 3 · 6,6 + 18,5 · 6,2 + 2 ·1,5 + 14,5 · 4, 5 – (1200 – 900) · 0,04] · ·10-3

Ϭ = 0,39 Н/м

 

Вязкость силикатных стекол рассчитывается по формуле М. В. Охотина

 

 

Температуры, соответствующие вязкостям от 102 до 1012 Па·C определяют по формуле:

T = ax+by+cz +d

 

Где a, b, c, d – постоянные величины.

x – содержание Na2 O в стекле, %

y – содержание CaO + 3%, MgO 3%

z – содержание Al2O3

если MgO равно 3%, то вноситm поправки не нужно.

 

Определяем температуры соответствующие lg η = 2, 4, 6, 8

 

lg η = 2  T2 = -22,87 · 2 – 16,1 (10 + 3) + 6,5 · 18,5 + 1700,4 = 1565,6

lg η = 4  T4 = - 15,37 · 2 – 6,25 ·13 + 5 · 18,5 + 1194,17 = 1174,8

lg η = 6  T6 = - 10,36 · 2 – 1,18 ·13 + 4,35 · 18,5 + 910,96 = 955,35

lg η = 8  T8 = - 2,05 · 2 + 2,3 · 10 + 3,6 · 18, 5 + 656,75 = 749,15

 

По полученным значениям температуры строим кривую зависимости вязкости от температуры

     η