Производство полужестких минераловатных плит

Содержание

стр.

Введение    4

1.Техническая  характеристика полужестких минераловатных  плит  5

2. Характеристика  сырья    6

3. Описание  основных способов производства  и обоснование

выбранного способа в проекте    11

4. Описание  технологического процесса и  материальный баланс  16

5. Характеристика  основного технологического оборудования   19

6. Контроль  качества сырья, продукции и пооперационный  контроль 

технологического процесса    20

7. Мероприятия  по охране труда и охране  окружающей среды   23

8.Теплотехнический расчет  ограждающих конструкций    25

9. Список использованной  литературы       27

Графическая часть:

Технологическая схема производства полужестких минераловатных плит

Компоновка оборудования

Введение.

Основными критериями принятой мировым сообществом в последнее десятилетие стратегии «устойчивого развития» мировой цивилизации являются энерго- и ресурсосбережение и охрана окружающей среды.

На фоне грядущего исчерпания запасов природных топливных ресурсов и постоянного роста цен на них, проблема энергосбережения является особенно актуальной, тем более, что с ней связаны решения в определенной мере проблемы ресурсосбережения и охраны окружающей среды.

Одним из важнейших путей экономии топливно-энергетических ресурсов является минимизация тепловых потерь посредством обеспечения надлежащей теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, сооружений, технологического оборудования, теплопроводов. По приближенным оценкам, реализация достижений научно-технического прогресса в этой области может обеспечить к 2012 г. экономию 40 млн.т. условного топлива при ежегодном потреблении первичных энергоресурсов в стране 1300-1500 млн.т.

Известно, что каждый уложенный в дело 1 м3 теплоизоляции обеспечивает, в среднем, экономию 1,45 т условного топлива в год, а эффективность затрат на тепловую изоляцию в 4-5 раз выше, чем эффективность капитало-вложений в разработку новых месторождений топливно-энергетических ресурсов. Значимость этого пути экономии  топливно-энергетических ресурсов оценили другие промышленно развитые страны.

В данном проекте будет рассмотрен один из видов теплоизоляционных материалов – полужесткие минераловатные плиты. Полужесткие минераловатные плиты П-125 применяются в жилищном и промышленном строительстве в качестве теплоизоляции стеновых перегородок, используются П-125 для утепления мансардных надстроек и скатных крыш. Полужесткие мин плиты П-125 применяются также в изготовлении строительных элементов типа "сэндвич".

1.Техническая характеристика  полужестких 

минераловатных плит.

П-125 (ГОСТ 9573-96) Плиты должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке. Номинальные размеры плит должны соответствовать указанным в таблице 1.1

Таблица 1.1

Характеристики:

Предельные отклонения номинальных размеров плит в миллиметрах не должны превышать:

По физико-механическим показателям плиты должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 2

Таблица 1.2

По горючести плиты марки 125 должны относиться к группе Г1 по ГОСТ 30244. Количество вредных веществ, выделяющихся из плит при температурах 20 и 40°С, не должно превышать предельно допустимых концентраций, установленных органами санитарного надзора.

2. Характеристика сырья и полуфабрикатов.

2.1. Характеристика минеральной ваты

Для изготовления плит марки 125 должна применяться минеральная вата типов А, Б, В по ГОСТ 4640.

Виды связующих веществ и гидрофобизирующих добавок, применяемых для изготовления плит, соответствующих требованиям настоящего стандарта, должны быть согласованы с разработчиком продукции.

Состав плит должен соответствовать рецептуре, установленной в технологической документации предприятия-изготовителя.

Для производства ваты применяют горные породы габбро-базальтового типа и их аналоги, осадочные породы, вулканические шлаки, промышленные отходы, в т. ч. щебень из доменного шлака по ГОСТ 18866, а также смеси перечисленных компонентов и другие сырьевые материалы, обеспечивающие получение минеральной ваты в соответствии с требованиями настоящего стандарта и прошедшие радиологический контроль.

Классификация и основные параметры:

Вату в зависимости от диаметра волокна подразделяют на три вида:

ВМСТ — вата минеральная из супертонкого волокна диаметром от 0,5 до 3 мкм;

ВМТ — вата минеральная из тонкого волокна диаметром от 3 до 6 мкм;

ВМ — вата минеральная диаметром волокна от 6 до 12 мкм.

 Вату  вида ВМ в зависимости от  значения модуля кислотности  подразделяют на три типа:

А ¾ с модулем кислотности св. 1,6;

Б ¾ с модулем кислотности св. 1,4 до 1,6;

В ¾ с модулем кислотности св. 1,2 до 1,4.

Вата вида ВМСТ и ВМТ относится к типу А.

Условное обозначение ваты состоит из наименования продукции, ее вида, типа (для ваты ВМ) и обозначения ГОСТа.

Технические требования:

 Вата  должна изготовляться в соответствии  с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем.

Вата вида ВМ должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.1, видов ВМСТ и ВМТ ¾ в таблице 2.2.

Таблица 2.1

Таблица 2.2

Концентрация вредных веществ (паров углеводородов), выделяющихся из ваты при температуре 40°С, не должна превышать при насыщенности 0,4 м2/м3 —1,5 мг/м3.

Требования к сырью, материалам

Для производства ваты применяют горные породы габбро-базальтового типа и их аналоги, осадочные породы, вулканические шлаки, промышленные отходы, в т. ч. щебень из доменного шлака по ГОСТ 18866, а также смеси перечисленных компонентов и другие сырьевые материалы, обеспечивающие получение минеральной ваты в соответствии с требованиями настоящего стандарта и прошедшие радиологический контроль.

В качестве обеспыливающей добавки применяют органические вещества.

Допускается применение других обеспыливающих добавок, согласованных с Госкомсанэпидемнадзором или территориальными органами санитарного надзора и с разработчиком продукции — головной организацией по научным исследованиям.

Упаковка и маркировка товарной ваты:

Упаковка и маркировка ваты должна производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 25880.

Вату поставляют, как правило, в виде транспортных пакетов.

Габариты транспортных пакетов, пригодных для перевозки всеми видами транспорта, должны соответствовать требованиям ГОСТ 24597. Применение транспортных пакетов других размеров допускается при согласовании с транспортными министерствами (ведомствами).

Для формирования транспортных пакетов рекомендуется применять многооборотные средства пакетирования: поддоны плоские по ГОСТ 9078 и ГОСТ 22831 с обвязкой, поддоны стоечные типа ПС-0,5Г, поддоны ящичные по ГОСТ 9570, а также одноразовые средства пакетирования: поддоны плоские по ГОСТ 26381 с обвязкой, подкладные листы с обвязкой.

В качестве обвязки (средств скрепления транспортных пакетов) могут применяться следующие материалы: проволока стальная по ГОСТ 3282, лента стальная по ГОСТ 3560, ГОСТ 6009 и ГОСТ 503, катанка алюминиевая марок АКЛП-5Т, АКЛП-5ПТ по ГОСТ 13843, лента полиэтиленовая с липким слоем по ГОСТ 20477, пленка полиэтиленовая термоусадочная по ГОСТ 25951, металлические и полимерные ленты, стальная и алюминиевая проволока, синтетическая пленка, выпускаемые по другим нормативным документам и обеспечивающие сохранность пакетов в течение всего срока транспортирования и хранения груза.

2.2. Сырьевые  материалы

Для производства минеральной ваты применяют горные породы (осадочные, изверженные и метаморфические), минеральные промышленные отходы, а также попутные продукты производства (металлургические и топливные шлаки и золы, бой глиняного и силикатного кирпича и т. Д.).

Основными требованиями, предъявляемыми к сырью, являются: химический состав, обеспечивающий невысокую температуру плавления (достижимую в существующих плавильных агрегатах); необходимые для волокнообразования реологические свойства расплава и получение ваты, стойкой против действия эксплуатационных факторов; распространенность сырья и несложность его предварительной подготовки.

Необходимый химический состав достигается обычно составлением соответствующей сырьевой смеси-шихты, включающей два и более вида сырья. Лишь немногие виды природного сырья могут быть использованы без подшихтовки.

Горные породы являются хорошими сырьевыми материалами и их широко используют в производстве минеральной и стеклянной ваты. Из шихты, содержащей в своем составе горные породы без примесей карбонатов кальция и магния, возможно получение расплавов с наименьшей затратой теплоты при высокой производительности вагранок.

Например, к таким породам относятся изверженные, имеющие среднее содержание двуокиси кремния и двуокись алюминия (% соответственно): перидодит (45,07 и 5,75), пировскинит (46,93 и 6,37), габбро (48,24 и 17,88), базальт (49,06 и 15,7), диабаз (50,48 и 15,34), диорит (58,9 и 16,47), андезит (52,59 и 17,31), гранодиорит (65,01 и 15,94), дацит (65,68 и 16,25), гранит (70,18 и 14,47), липарит (72,8 и 13,49), сиенит (60,19 и 16,28), трахит (60,68 и 17,74), волластонит (52 и 0,7), а также вулканические стекла, или же метаморфические породы (гнейсы, слюдяные сланцы, филлиты, хлоритовые, тальковые и рогово-обманковые сланцы, змеевики или серпентины и кварциты).

К числу лучших видов горных пород для производства минеральной ваты относятся изверженные основные горные породы габбро-базальтовой группы и подобные им по химическому составу метаморфические горные породы и мергели.

Габбро-базальтовые горные породы (диабазы, базальты, габбро), а также их метаморфические аналоги (амфиболиты, известковистые сланцы) являются оптимальным сырьем для усовершенствованных вагранок при производстве минерального волокна.

Кислые горные породы типа гранита, грандиорита, перлита более существенно повышают вязкость расплава, чем габбро-базальтовое сырье, и снижают производительность плавильного агрегата. Гранитное и перлитовое сырье целесообразно применять для повышения белизны волокна, например при производстве акустических изделий.

Основным показателем, определяющим пригодность сырья для производства минеральной ваты, служит модуль кислотности Мк, который представляет собой отношение суммы процентного содержания в сырье кислых окислов — кремнезема SiO2 и глинозема А12O3 — к сумме основных окислов — кальция СаО и магния MgO.

Модуль кислотности минеральной ваты (ГОСТ 4640—93) должен быть не менее 1,2, т. е.

Мк=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)≥1,2 

Для минеральной ваты высшей категории качества модуль кислотности составляет не менее 1,4 и 1,5 соответственно для марок 100 и 75.

Так как в природе редко встречаются сырьевые материалы с необходимым химическим составом и соответствующим модулем кислотности, требуемый состав сырьевых материалов подбирают путем составления сырьевой смеси — шихты, состоящей из двух, а иногда и нескольких компонентов.

При повышенной кислотности исходного сырья в   качестве добавок применяют карбонатные породы: доломит, известняк, а при пониженной кислотности — кислые горные породы, бой глиняного кирпича.

2.3. Связующее

В качестве связующих для производства минераловатных изделий используют синтетические смолы, композиционные и битумные связующие. При выборе связующего учитывают его адгезионную и когезионную способность, нетоксичность, недефицитность и стоимость.

В качестве синтетических связующих применяют: фенолоспирты (фенолформальдегидную смолу), карбамидную смолу, поливинилацетатную дисперсию. Они должны хорошо растворяться в воде; легко диспергироваться, чтобы покрыть волокно тонкой пленкой; обладать хорошей адгезией к волокну; быть недефицитными; не иметь в своем составе легковоспламеняющихся и токсичных веществ. Этим требованиям не удовлетворяет ни одно из существующих синтетических связующих. Чтобы получить связующее с требуемыми свойствами, в них добавляют нейтрализующие материалы, отвердители и различные пластифицирующие добавки.

Композиционные связующие состоят из нескольких компонентов: фенолоспиртов, карбамидных смол или других связующих и пластифицирующих добавок. В качестве пластифицирующих добавок, повышающих гибкость пленки отвержденных смол, используют эмульсол, поливинилацетатную дисперсию, латексы синтетических каучуков, мазут и др.

3. Описание основных способов производства  и 

обоснование выбранного способа

Производство жестких минераловатных плит включает следующие процессы: плавление сырья и получение силикатного расплава; переработку силикатного расплава в волокно; нанесение связующего и формирование плит.

3.1. Печи для получения силикатного  расплава

Силикатные расплавы для производства минеральной ваты получают путем плавления сырья в печах следующих типов: шахтных (вагранках), ванных, электродуговых, циклонных, конверторных печах.

Наибольшее применение нашли ванные печи и вагранки, а циклонные и конверторные печи находятся в стадии освоения.

Ванные печи. Для получения расплавов при производстве минеральной ваты можно использовать небольшие ванные печи, по своему устройству похожие на ванные стеклоплавильные печи. Могут применяться все типы ванных печей: с подковообразным, продольным и поперечным направлением пламени. По способу использования тепла отходящих газов такие печи могут быть регенеративными и рекуперативными. Рекуперативные ванные печи более экономичны, но требуют применения высокожароупорных элементов. Наибольшее распространение получили регенеративные печи с подковообразным направлением пламени. Для отапливания печей используют газообразное или жидкое топливо. Сырье загружают в печь в измельченном состоянии (с размером кусков 1—2 мм).

К недостаткам ванных печей следует отнести то, что они занимают в 4—5 раз больше производственной площади, чем вагранки, при одинаковой производительности; требуют энергоемких шихтоприготовительных отделений для помола и перемешивания сырья; удельные расходы тепла в них в 2 раза превышают удельный расход тепла в вагранках.

Вагранки. Вагранки представляют собой шахтные плавильные печи непрерывного действия, теплообмен в которых происходит по принципу противотока. Сырье, загружаемое в верхнюю часть вагранки, опускается вниз, превращаясь при этом в расплав, а образовавшиеся в нижней части вагранки продукты горения поднимаются вверх, отдавая тепло расплавляемому материалу.

Вагранка   состоит из двух основных частей — горновой и шахтной.

В нижней, горновой части вагранки происходит горение топлива и плавление сырья. Здесь развиваются наиболее высокие температуры. Силикатные расплавы разъедают огнеупорную футеровку, поэтому в нижней части вагранки для плавления силикатного сырья устроен ватержакет. Ватержакет представляет собой металлический цилиндр с двумя стенками, между которыми находится охлаждающая вагранку проточная вода, предохраняющая корпус вагранки от перегрева. Температура воды при выходе из ватержакета не должна превышать 70°С. Выше ватержакета металлический кожух печи защищен футеровкой. Низ ватержакета закрывается двухсекционным днищем, подвешенным на шарнирах.

В ватержакете имеются фурмы-отверстия для подачи воздуха, необходимого для горения топлива. Отверстия соединены одной кольцевой трубой — коллектором, через который воздух поступает по всему периметру вагранки. Основными конструктивными параметрами вагранки являются: внутренний диаметр и рабочая высота шахты, число фурм и объем горна. Диаметры промышленных вагранок могут быть следующими: 1000, 1250 и 1400 мм. Отношение рабочей высоты (от оси первого ряда фурм до загрузочного окна) к диаметру для применяемых вагранок — в пределах 3-5.

Число симметрично расположенных по окружности вагранки фурм зависит от количества   подаваемого в вагранку воздуха и размера вагранки. Для повышения производительности вагранки диаметром более 1000мм применяют двухрядное расположение фурм. В одном ряду размещаются от 8 до 16 фурм.

Нижнюю часть ватержакета, от оси нижнего ряда фурм до днища, называют горном. В горне накапливается жидкий расплав и происходит его гомогенизация по составу и температуре. Чем выше горн, там больше времени расплав находится в нем до выпуска из вагранки, тем лучше условия для получения гомогенного расплава. С другой стороны, расплав остывает, так как кокс здесь из-за отсутствия кислорода не горит и не выделяет тепла, поэтому устанавливается оптимальная высота горна. В вагранках высота горна колеблется в пределах 600-750 мм.

Образовавшийся расплав вытекает из горна через летку и по лотку направляется к узлу волокнообразования. Леткой называется отверстие диаметром 55-65 мм в водоохлаждаемом корпусе, вставляемом в специальный проем ватержакета. Для загрузки сырья и топлива в верхней части шахты имеется загрузочный люк. Ниже загрузочного окна в середине шахты крепится водоохлаждающий распределитель шихты, предназначенный для равномерного распределения загружаемых материалов по сечению вагранки.

Верхняя часть шахты закрыта кирпичным сводом с окнами для выхода газов. Сверху к шахте крепится искрогаситель для улавливания уносимых газовым потоком искр и частиц пыли. Искрогаситель представляет собой металлический кожух с колпаком и скошенным дном. Осевшие частицы скатываются к отверстию патрубка и удаляются.

Вагранки могут быть трех типов, в зависимости от вида топлива:

1. Коксовые вагранки;
2. Коксо-газовые вагранки;
3. Газовые вагранки.

Коксовые вагранки предназначены для плавления шлаков и легкоплавких пород. Недостатки коксовых вагранок: низкий коэффициент полезного использования тепла; высокие удельные затраты на топливо; плохое качество расплава и недостаточная стабильность струи расплава; неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия эксплуатации и загрязнение окружающей среды, обусловленные применением кокса.

Коксогазовая вагранка. В коксогазовых вагранках удается заменить 20-40% кокса природным газом, тем самым уменьшить потребление дефицитного кокса и снизить расходы на топливо. Однако в коксогазовой вагранке сохраняются основные недостатки коксовой вагранки— она загрязняет воздух. Кроме того, усложняется ее обслуживание, поэтому более целесообразно применять газовую вагранку.

Газовая вагранка. Газовая вагранка дает возможность устранить основные недостатки вагранки, отапливаемой коксом, позволяет снизить затраты на тепловую энергию в 2—3 раза, обеспечивает значительное повышение технического уровня и культуры производства.

Газовая вагранка состоит из шахты, нижняя часть которой представляет собой камеру плавления сырья и перегрева расплава, копильника, загрузочного устройства, системы газоснабжения, системы воздухоснабжения, системы охлаждения, устройств для отсоса и очистки дымовых газов. В камере плавления происходит сжигание   газового   топлива и плавление сырьевых материалов. Нижняя часть камеры, несколько выше уровня горелок, заполнена огнеупорным балластом, на который опирается столб шихтовых материалов.

Итак, рассмотрев различные плавильные агрегаты минераловатного сырья, выбираем для данного проекта шахтную печь – газовую вагранку.

3.2 Переработка силикатного  расплава в волокно

Известные в настоящее время способы переработки силикатного расплава на вату подразделяют на:

1) вертикальный и горизонтальный дутьевые — в зависимости от направления потока воздуха или газа;

2) фильерный  и вертикально-фильерно-дутьевой—при организованной подаче расплава через пластины с отверстиями-фильерами;

3)центробежный с горизонтальными  дисками, одно- и многовалковый, центробежно-валковый с центральной раздаточной чашей, если используется центробежная сила рабочего органа (диска, чаши, валков) установки, на который подают расплав;

4)центробежно-дутьевой, центробежно-фильерно-дутьевой (ЦФД) или центробежно-фильерно-газоструйный — комбинированные, включающие применение центробежной силы и дутья для формирования струи расплава.и вытягивания волокна;

5)штабиковый  и штабиково-газоструйный — с предварительным изготовлением штабиков-стержней.

 Структуру  расплава шихты (то есть степень  связности в нем тетраэдров  кремнезема) отражает модуль вязкости. Вязкость расплава имеет очень большое значение для формирования качественной гидролитически стойкой минеральной ваты. С одной стороны, нельзя допускать слишком большой вязкости расплава в ущерб нормальному ходу получения расплава, с другой – нельзя допускать очень низкое содержание в шихте кислых окислов в ущерб долговечности минеральной ваты. Именно истинную вязкость расплава характеризует модуль вязкости Мв.

При применении для плавления шихты вагранок и формировании волокон по дутьевому или центробежному способу используют шихту с Мв не более 1,2. Применение многовалковых центрифуг позволяет использовать шихту с Мв до 1,4. При ванной плавке и фильерном способе получения волокон применяют шихту с Мв до 2.

В данном проекте в качестве сырья используются горные породы. Шихта имеет модуль вязкости Мв = 1,3. Поэтому для формирования волокна из силикатного расплава будем применять многовалковую центрифугу.

3.3. Нанесение связующего  и формирование плит

При изготовлении изделий применяют следующие способы нанесения связующих: пульверизация, пролив с последующим отжимом и вакуумированием, приготовление гидромасс  (мокрый способ).

По первому способу раствор или эмульсию связующего наносят распылением либо форсунками в камере волокноосаждения, либо через паровой коллектор центробежно-дутьевой установки или полый вал валков центрифуги. Более равномерное распределение связующего достигается при подаче его через паровой коллектор или полый вал валков центрифуги. Связующее, введенное в ковер методом пульверизации, находится в ковре в виде отдельных мелких капель. Скрепление волокон достигается только за счет капель, удерживающихся в местах «скрещивания» волокон. Чем мельче капли, тем равномернее они будут распределены по объему ковра, тем лучшим будет сцепление, волокон. Недостаток этого способа — большие потери связующего. Применение пульверизации технологически и экономически оправдано при изготовлении рулонного материала, а также мягких и полужестких плит с низкой объемной массой.

Сущность второго способа заключается в том, что связующее в виде плоской струи по наклонному листу подается на минераловатный ковер по всей ширине конвейера. В месте подачи связующего под конвейером имеется вакуумирующее устройство, способствующее прониканию связующего в толщу ковра. Излишки связующего отжимаются валом и поступают в бассейн, которого перекачиваются насосом в расходный бак.