Назначение и влияние тепловой обработки в производстве теплоизоляционных строительных материалов

Шихта и кокс, поочередно загружаемые в вагранку, попадают на распределитель шихты, а из него — на нижележащие слои в зону подогрева. В зоне подогрева происходит теплообмен между газами, образующимися в зоне горения кокса, и кусками шихты.

В ходе ваграночного процесса шихта постепенно опускается и попадает в зону плавления. В этой зоне под воздействием теплоты (максимальная температура составляет 1500-1600 оС), выделяемой при горении кокса, шихта плавится и расплав поступает в нижнюю часть вагранки, т. е. горн. Из горна минеральный расплав выпускается через летку узла выпуска расплава на сливной лоток. Сливной лоток, в свою очередь, направляет минеральный расплав на волокнообразующие механизмы. Здесь струи расплава расщепляются и вытягиваются в волокно. Различают следующие способы переработки расплава:

1. дутьевой способ – воздействие энергоносителя (пара, горячих газов), движущегося с большой скоростью, на струю расплава. По направлению струи энергоносителя: горизонтальный (струя энергоносителя направлена на струю расплава под углом 15-20 к горизонту) и вертикальный (под углом 10-11 к вертикали).
2. центробежный – основан на использовании центробежной силы вращающихся элементов центрифуги, на который подается расплав (дисковые центрифуги, центробежно-валковые, центробежно-фельерно-дутьевой способ).

Рис. 1. Вагранка СМТ-208: 

1 — искрогаситель; 2,3 — секции; 4 — установка сепарации пара; 5,6— загрузочная и промежуточная  секции; 7 — опорная рама; 8 — фурменный  коллектор; 9 — главная секция; 10 — узел выпуска расплава; 11 —  сливной лоток; 12 — механизм закрывания  днища

 

В производстве стеклянной ваты в основном применяются ванные печи. В ванные печи сырье поступает в порошкообразном виде (1-2 мм), где при температуре от 1100 до 1600 оС преобразуется в расплав.

При получении силикатных расплавов протекают сложные и разнообразные физико-химические процессы, характер которых определяется составом шихты и температурой. Для перевода твердой фазы в жидкое состояние нужно затратить энергию на преодоление сил, действующих между элементами его решетки: плавление наступает тогда, когда средняя энергия колебаний элементов решетки достаточно велика для нарушения связи между ними.

Еще одной тепловой установкой, используемой в производстве минераловатных плит, является камера термообработки.Камера термообработки предназначена для уплотнения непрерывно движущегося минераловатного ковра до заданной плотности и толщины и тепловой обработки при совместной работе с тепловыми установками. Она представляет собой четырехзонное конвейерное сушило, состоящее из натяжной и приводной станций с установленными соответственно приводными или натяжными барабанами конвейеров; нижней и верхней сеток, порталов, коробов, компенсаторов, домкратов с соединительными валами и шарнирными муфтами, столов; привода подъема верхних столов. Столы, прикрепленные к порталам, образуют рабочие поверхности конвейеров, по которым перемещается шарнирно-звеньевая сетка. Компенсаторы обеспечивают возможность вертикального перемещения коробов, не нарушая герметичность газоходов между тепловыми установками и камерой.

 

Рис.2. Камера термообработки СМ 1-199:

1 — роликовое  устройство смазывания сетки; 2 —  короб; 3 — сетка; 4 — щетка; 5. 6 —  верхний и нижний конвейеры; 7 — регулятор

 

 

 

 

 

 

Подъем верхнего стола вместе с сеткой конвейера, коробами и компенсаторами производится системой домкратов, соединенных между собой и с приводом валами с шарнирными муфтами. Зазор, образованный между верхним и нижним столами, определяет толщину изготовляемых минераловатных плит.

Слой минераловатного ковра со связующим при движении вдоль камеры термообработки непрерывно прессуется до требуемой толщины и плотности. Одновременно движущийся ковер продувается теплоносителем при температуре 180…250 °С. Теплоноситель подается в изолированные зоны, причем направление движения теплоносителя по зонам переменное.

 

 

2. Тепловая обработка пенополистирола

 

Сущность процесса получения пенополистирола заключается в том, что под влиянием нагрева выше 80°С полистирол переходит из стеклообразного состояния в вязкотекучее, а изопентан при температуре выше 28°С вскипает и давлением паров вспенивает гранулу полистирола.

Предварительное вспенивание ведут в специальной установке при помощи горячей воды, пара, воздуха или токов высокой частоты, нагревая бисерный полистирол. При этом объем гранул увеличивается в 30 — 50 раз в зависимости от свойств исходного суспензионного полистирола.

Предвспениватель представляет собой цилиндрическую ёмкость. Внутри которой находится активатор из нержавеющей стали, для перемешивания гранул. Вращение активатора обеспечивает мотор – редуктор. Предвспениватель снабжён устройством для загрузки сырья, выгрузка вспененных гранул производится с помощью вентилятора пневмотранспорта. В качестве теплоносителя используется водяной пар, который подается через перфорированные листы дна из нержавеющей стали. Рабочая температура пара 104 — 108 оС.

Для формования изделия вспененные гранулы помешают в форму, где они занимают 60 — 70% ее объема. Остальной объем приходится на меж гранульное пространство. При вторичном нагревании полистирол опять размягчается и переходит в вязкотекучее состояние.

В качестве теплоносителя, используемого при формовании пенополистирола, могут служить горячая вода, водяной пар или токи высокой частоты.Существуют два основных метода изготовления пенополистирола с использованием в качестве теплоносителя водяного пара: автоклавный и метод «теплового удара».

При вспенивании по автоклавному методу в автоклаве в результате введения теплоносителя (пара) создается давление, действующее на находящиеся в форме гранулы равномерно со всех сторон. Вследствие этого воздух, находящийся в межгранульных промежутках, долго там держится и препятствует нагреву гранул. Поэтому вначале сплавляется небольшой слой у стенок формы, а затем в основном за счет теплопроводности пенопласта, которая у этого материала, как известно, очень низка, нагревается средний слой. По автоклавному способу можно изготовлять широкую номенклатуру изделий, имеющих заданные размеры, конфигурацию и объемный вес (в пределах 16—70 кг/м3).

При вспенивании по методу «теплового удара» все гранулы, участвующие в формовании, подвергаются воздействию потока пара, быстро вытесняющего воздух из межгранульных промежутков, и поэтому одновременно и равномерно нагреваются, расширяются и сплавляются в течение очень короткого времени. При этом обеспечиваются одинаковые температурно-влажностные условия формования, хорошее сплавление гранул и как следствие получается пенопласт с более высокими физико-механическими свойствами.

Длительность тепловой обработки пенополистерола в автоклаве зависит от толщины изделия, давления пара, насыпного веса гранул и их гранулометрического состава и составляет обычно 30—40 мин для изделий толщиной до 50 мм и 50—60 мин для изделий толщиной 100 мм. По окончании процесса вспенивания формы выгружают, охлаждают в течение 30—40 мин и затем распалубливают.

 

 Изделия, имеющие довольно высокую влажность (30—35% по весу), сушат в специальных сушилках при температуре 30—40°С в течение 5—6 ч пли в помещении с температурой воздуха 18—20°С в течение нескольких суток.

 

Основной установкой, при производстве экструзионного пенополистирола, является экструдер.

Рис. 3. Одношнековый экструдер: 1- бункер; 2- червяк (шнек); 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка с сетками; 7- формующая головка с адаптером.

Экструдер представляет собой вал с установленными на нем различными насадками. Насадки предназначены для разных целей, существуют месильные насадки, транспортировочные, и другие. Под действием температуры, давления, гранулированный полистирол расплавляется, через установленные дозаторы на экструдере добавляются необходимые компоненты для придания готовому изделию необходимых характеристик. Режимы экструдирования следующие: температура в зоне разложения 110—120 °С, давление 50—70 кгс/см2; температура головки 140— 150 °С, давление перед головкой 80 кгс/см2. Время нахождения композиции в экструдере 3—5 мин. Здесь же идет добавление добавок антипиренов, снижающих горючесть экструдированного пенополистирола. Также подаются под давлением газы (пентан, или изопентан, углекислый газ и др.), которые при выходе из экструдера и снижении давления до атмосферного будут раздувать ячейки полистирола и создавать, таким образом, пену из него. В экструдере происходить перемешивание подаваемых составляющих и подача массы к щелевой головке, где и формируется лента вспененного полистирола.

 

3. Техника безопасности при работе с тепловыми установками

 

Тепловые установки на заводах строительных материалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теплоты, влаги, пыли, дымовых газов. Поэтому условия труда при эксплуатации таких установок строго регламентируются соответствующими правилами и инструкциями. Контроль за соблюдением правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляется органами государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.

Согласно действующим нормативам, в цехах, где размещаются тепловые установки, необходимо иметь: паспорт установленной формы с протоколами и актами испытаний, осмотров и ремонтов на каждую установку; рабочие чертежи находящегося оборудования и схемы размещения КИП; исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инструкциях должно быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия безопасной работы, порядок остановки, указаны меры предотвращения аварии. Кроме того, инструкции должны содержать четкие указания о порядке допуска к ремонту установок, о мерах безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.

На стадии проектирования предусматриваются нормы безопасной работы и эксплуатации тепловых установок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы она создавала оптимальные условия ведения технологического процесса и безопасные условия труда. Для этого необходимо, чтобы поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40 °С.

Проектировать топки, сушила, печи, в которых используются продукты горения топлива, разрешается только на давление менее атмосферного (разрежение). Установки для тепловлажностной обработки проектируют с обязательной герметизацией. Эти установки оборудуют вентиляцией рабочего пространства, которая включается перед выгрузкой изделий и тем самым позволяет удалять пар из установки.

Оборудование тепловых установок проектируют с ограждением, а его включение в работу должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания, находящиеся выше уровня пола, оборудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по нижнему контуру.

Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавливают тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделения пыли. Электрооборудование тепловых установок проектируют с заземлением. Все переносное освещение делают низковольтным.

Электрооборудование тепловых установок должно быть запроектировано с ограждением и заземлением.

Особое внимание при проектировании тепловых установок следует уделять очистке работающих теплоносителей от уносов пыли и мелких частиц материала. Согласно нормативным указаниям, для тепловых установок следует проектировать специальные очистные устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

При производстве строительных изделий, деталей и материалов почти во всех случаях для перевода сырья в новое качество — готовую продукцию применяют тепловую обработку. В большинстве случаев тепловая обработка дает возможность придать сырью новые, качественно отличные свойства, необходимые в строительстве. Такой процесс происходит за счет физических и физико-химических превращений в обрабатываемом материале, течение которых зависит от воздействия тепла.

Так тепловая обработка играет большую роль и в технологии получения различных теплоизоляционных материалов. В некоторых случаях она позволяет переработать сырье (например, при плавлении), в других случаях придает требуемые свойства (например, при тепловлажностной обработки, обжиге).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. В.В. Перегудов, М.И. Роговой «Тепловые  процессы и установки в технологии  строительных изделий и деталей». М., Стройиздат, 2012.

2. В.Н. Чубуков, В.Н. Основин, Л.В. Шуляков «Строительные  материалы и изделия» Мн., Дизайн ПРО, 2000.

3. Ю. П. Горлов «Технология теплоизоляционных материалов». М., Стройиздат, 1980.

4. Кокшарев В.Н., Кучеренко А.А. Тепловые установки: Учебник для вузов.-К.: Вища школа,1990.-336 c.