Назначение и влияние тепловой обработки в производстве теплоизоляционных строительных материалов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Назначение и влияние тепловой обработки

в производстве теплоизоляционных

строительных материалов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

2015

 

Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Разработал					Назначение и влияние тепловой обработки в производстве теплоизоляционных строительных материалов	Литер.	Лист	Листов
Проверил						У	2	15
Зав. каф.
Н. контр.
Утвердил

 

Содержание

Содержание

 

 

 Введение

 

1. Теплоизоляционные строительные материалы
1. Минеральная и стеклянная вата
2. Пенополистирол
2. Тепловая обработка
1. Тепловая обработка минеральной и стеклянной ваты
2. Тепловая обработка пенополистирола
3. Техника безопасности при работе с тепловыми установками

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Рассматривая в целом процессы, проходящие в материалах и изделиях при тепловой обработке, необходимо помнить, что они являются следствием процессов, проходящих в тепловых установках.

Первые попытки проанализировать работу тепловых установок были сделаны еще М. В. Ломоносовым и успешно продолжены В. Е. Грум-Гржимайло, который создал научную теорию, объясняющую работу печей и сушил. Д. И. Менделеев предложил формулу для определения теплотворной способности топлива.

Наука о процессах, проходящих в материалах при тепловой обработке, начала развиваться значительно позднее. Например, положения о кинетике процесса сушки были выдвинуты в 20-х годах П. С. Косовичем и А. В. Лебедевым применительно к испарению влаги из почвы. Представления о формах связи влаги с материалом, определяющие сушку, были впервые сформулированы акад. П. А. Ре-Линдером. Проф. Л. К. Рамзин также впервые и 1918 г. предложил 1 – d – диаграмму влажного воздуха и создал методику расчета сушильных установок.

Большое значение для развития науки о сушильных процессах имели работы А. П. Ворошилова, М. И. Лурье, М. Ф. Казанского, П. Г. Ромапкова и А. В. Лыкова. Процессы, проходящие в материалах при обжиге, описаны в трудах Д. С. Беляпкина, П. П. Будникова, К. А. Нохратяна, О. П. Мчедлова-Петросяна и ряда других ученых.

Большое значение для производства имеет тепловлажностная обработка, получившая широкое развитие в 50-е годы. Ряд основных положений об этих процессах сформулированы были несколько ранее А. В. Волженским и П. И. Боженовым, первым применительно к тепловой обработке силикатного, а вторым — автоклавного бетонов. С дальнейшим развитием представлений о процессах, проходящих при тепловлажностной обработке связаны труды С. А. Миронова, Л. А. Малининой, А. Д. Дмитровнча, И. Б. Заседателева, Н, Б. Марьямова и других ученых.

 

 

1. Теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы занимают особое место среди материалов строительного назначения. Во всем мире нарастает тенденция к сбережению тепловой энергии. Введение в действие новых требований к повышению теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений различного функционального назначения требует постоянного расширения номенклатуры теплоизоляционных материалов повышенного качества, создания новых технологий производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов для устройства многослойных систем утепления.

Основными теплоизоляционными материалами, широко применяемыми сегодня, являются минеральная вата, полистирольный пенопласт и другие.

1. Минеральная и стеклянная вата

Минеральная вата – рыхлый материал, состоящих из тонких (1-15 мкм) волокон стекловидной структуры. По виду сырья:

• Минеральное волокно (рядовое) (до 600 оС, базальтовое до 700 оС)
• Стеклянное волокно (до 400 оС)
• Термостойкое или жаростойкое (1000 оС и более)

Сырье для получения минваты: доменные шлаки (основные, кислые, нейтральные); ваграночные шлаки (в основном кислые); мартеновские шлаки (в основном основные); металлургические шлаки (можно использовать в твердом виде, а можно в огненожидком); золы (в основном кислые); отходы керамического производства (для регулирования химического состава шихты); горные породы (базальт).

К сырью для получения минваты предъявляются следующие требования: определенный химический состав, который обеспечивает стойкость волокна против действия эксплуатационых факторов (влаги, температуры); невысокая температура получения расплава; необходимые для волокнообразования реологические характеристики; простая предварительная подготовка сырья.

Сырье для получения стекловаты: кислые оксиды (кварц. песок, глинозем, борная кислота); щелочно-земельные (известняк, мел, доломит); щелочные (сода, сульфат натрия, поташ). Чем больше оксидов натрия и калия, тем меньше температура применения. Прочность, химическая стойкость и температуростойкость выше у волокон, изгототовленных из боросодержащих стекол.

Свойства минваты зависят от химического состава силикатного расплава, его вязкости и поверхностного натяжения, способа и параметра волокнообразования:

• Средний диаметр 3-8 мкм
• Длина от 2-3 до 20-30 см
• Размер корольков 0,25 мм
• Водопоглощение достигает 600 % по массе
• Гигроскопичность от 0,2 до 2 % массы
• Коэффициент теплопроводности = 0,04-0,038
• Модуль кислотности: у рядового = 1,2-1,3, у высококачественного = 1,7
• Высокая биологическая стойкость

Свойства стеклянной ваты:

• Плотность до 125 кг/м3
• Коэффициент теплопроводности = 0,045-0,035
• Диаметр волокна 10-30 микрон
• Обладает высокой вибростойкостью

Технология получения минеральной ваты включает в себя следующие этапы:

1. Подбор сырьевых компонентов и их подготовка к применению. Смесь из определенных пропорций исходных материалов, применяемая для производства каменной ваты, называется шихтой. Как правило, шихта состоит из двух и более компонентов. Основным условием выбора каждого из компонентов является получение волокна высокого качества с использованием местной природно-сырьевой базы. Число и качественный состав используемых компонентов определяют дальнейшие потребительские свойства минеральной ваты, такие как долговечность, гидрофобность, нейтральность в химическом отношении к металлам и другим строительным материалам. Основным показателем, влияющим на эти эксплутационные свойства, является химический состав волокна и его толщина.
2. Расплав минерального материала. После перемешивания готовая шихта поступает в специальную установку, где при температуре около 1500 оС происходит ее расплав. Этот этап – один из важнейших во всем процессе производства, т.к. температура, которая достигается в печи, оказывает определяющее значение на вязкость расплава, а, следовательно, на толщину и длину волокна, что в последствии, как уже ранее упоминалось, сказывается на основных свойствах материала (теплопроводность, прочность).
3. Получение волокна. На следующем этапе расплав с заданной вязкостью попадает на узел волокнообразования, основными агрегатами которого являются многовалковые центрифуги и камера волокноосаждения. Здесь, при попадании расплава на вращающиеся с огромной скоростью (около 7000 оборотов/мин) валки, происходит образование волокна, выдуваемого воздушным потоком под высоким давлением. На этом же этапе осуществляется ввод связующего, модернизированного различными добавками (гидрофобизатор, обеспыливатель и т.д.), что обеспечивает равномерное распределение органических веществ по всему объему материала и делает его более однородным. Далее волокно поступает в камеру волокноосаждения, где происходит формирование так называемого "ковра", и материалу задаются предварительные размеры.
4. Полимеризация связующего. Отформованный "ковер" поступает в камеру термообработки, где происходит полимеризация связующего и задаются окончательные физико-механические характеристики.
5. Резка минераловатного "ковра" на заданные размеры. Задается толщина, ширина и длина плит.
6. Упаковка готовой продукции. Готовая к применению продукция упаковывается в термоусадочную пленку.

 

2. Пенополистирол

 

Пенополистирол — лёгкий газонаполненный материал класса пенопластмасс на основе полистирола, его производных или сополимеров стирола с акрилонитрилом и бутадиеном.

В настоящее время существует несколько разновидностей пенополистирола, произведенных разными методами:

• Прессовый пенополистирол
• Беспрессовый пенополистерол
• Экструзионный пенополистирол

 

Сырьем для получения пенополистирола по беспрессовой технологии служит: бисерный полистирол (гранулы 0,5-3мм), их получают полимеризацией стирола в присутствии газообразователя – изопрена. Особенность производства является: вспенивание отдельных гранул. По беспрессовой технологии можно получать изделия различной конфигурации.

Технологические операции:

1. предварительное вспенивание гранул
2. сушка вспененных гранул
3. ведержка гранул
4. формование изделий или вторичное вспенивание
5. охлаждение
6. резка
7. упаковка

 

Для изготовления изделий из прессового пенополистирола используют эмульсионный полистирол. В качестве порообразующего вещества применяются твёрдые порофоры, выделяющие газ при нагревании. Это может быть, например: пищевая сода, бикарбонат натрия NaHCО3 или карбонат аммония (NH4)2CО3 или органические азосоединения или сульфонил-гидразиды, а также некоторые другие реагенты.

Получение прессового пенополистирола включает следующие этапы:

1. Смешение. Процесс смешения полимера с модифицирующими добавками и порофором длится 12-24 часов. Для получения мелкодисперсной однородной массы применяются шаровые мельницы.
2. Прессование. Параметры прессования в закрытых пресс-формах следующие: температура 120-150°С и давление 10-15 Мпа. Давление прессования должно превышать давление газов в порах изделия на 10-15%.
3. Извлечение из пресс-формы и охлаждение.
4. Вспенивание полистирола. Осуществляется в термокамерах при температуре 85-110°С.

 

Экструзионный пенополистирол – пористый теплоизоляционный материал с замкнутыми порами. Размеры пор колеблются в интервале от 80 до 140 мкм, причём на долю пор с размером 90–100 мкм приходится около 80%. Закрытые поры – это минимальное водопоглощение, ненамокаемость и способность сохранять теплоизоляционные свойства в условиях высокой влажности.

В качестве сырья для получения экструзионного пенополистила используется чистый гранулированный полистирол. Вспенивающий агент вводится в непосредственно в расплав полистирола в процессе его плавления в экструдере. Такой метод совмещения экструзии с порообразованием называется экструзией с прямым газированием (ЭПГ). В качестве порообразователя используют легкокипящие жидкости, например, изопентан или газы – фторхлоруглеводороды (фреоны). Перед введением полистирола в экструдер гранулы полимера смешиваются с модифицирующими добавками.

 

2. Тепловая обработка

 

Тепловую обработку строительных материалов и изделий целесообразно рассматривать в двух аспектах. С одной стороны, следует проанализировать пути превращения сырьевых материалов в готовую продукцию или полуфабрикат в процессе тепловой обработки. Эта задача технологическая. С другой стороны, необходимо рассмотреть работу тепловых установок (пропарочных, сушильных, обжиговых), которая определяется законами теплотехники.

Тепловая обработка – это процесс теплового воздействия на сырьевые компоненты и формовочные изделия. Этот процесс связан не просто с нагревом и охлаждением, а приводит к химическому и топохимическому превращению в самом веществе, что способствует получению материала и изделий с совершенно новыми, на уровень выше физико-механическими показателями.

Для теплового воздействия материал помещают в установку, которую в общем случае называют тепловой установкой. Различные физические и физико-химические превращения в материале требуют различного теплового воздействия. Поэтому в каждой тепловой установке создают свой необходимый для обработки продукции тепловой режим. Под тепловым режимом понимают совокупность условий теплового и массообменного воздействия на материал: изменение температуры среды, скорость течения газов или жидкости, омывающих материал, концентрацию газов, их давление. Следовательно, тепловые режимы представляют собой совокупность тепловых, массообменных и гидродинамических процессов, происходящих в тепловой установке.

Тепловой режим установки будет воздействовать на сырье и за счет физических и физико-химических превращений в нем оно превратится в готовую продукцию.

 

 

 

 

1. Тепловая обработка минеральной и стеклянной ваты

 

Для получения расплава для минеральной ваты из горных пород применяются вагранки, которые представляют собой шахтные печи непрерывного действия. Вагранки работают по принципу противотока.

Вагранка состоит из главной, промежуточной и загрузочной секций, механизма закрывания днища, сливного лотка, искрогасителя, установки для сепарации пара, фурменного коллектора, узла выпуска расплава, секций, люка розжига, опорной рамы.