Установка для получения минеральной ваты

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное бюджетное государственное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Восточно-Сибирский государственный

университет технологий и  управления»

ФБГОУ ВПО ВСГУТУ

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Строительное оборудование»

на тему: «Установка для получения минеральной ваты».

 

 

 

 

 

 

                                                                                     Выполнил: студент 3 курса

                                                                                      факультета ПГС

                                                                                      Селифонкин Д.Н.

 

                                                                                     Научный руководитель:

                                                                                     Лхасаранов С.А.

 

2013 г.

Содержание:

 

1. Введение

2. Общая характеристика и  свойства минеральной  ваты

3. Установка и технология получения минеральной ваты.

4. Заключение

5. Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

     Сейчас  во всём мире прослеживается тенденция  к увеличению производства теплоизоляционных  материалов из базальтового волокна, обусловленная  ростом капитального строительства  тепло-энергосберегающих объектов и их лучшими технико-экономическими характеристиками по сравнению с другими теплоизоляционными материалами.

    Изоляция из камня и шлака, которую называют минеральной ватой, производилась естественным способом на протяжении столетий. Во время извержения вулканов, когда сильные ветры проносятся над потоком расплавленной лавы, лава распыляется на тонкие шелковистые нити, которые выглядят как шерсть. Этот природный механизм вдохновил специалистов на создание одного из самых универсальных и инновационных продуктов из всех, что имеются на рынке в настоящий момент. Современная изоляция из каменной или шлаковой ваты представляет собой высокотехнологичную разновидность своей предшественницы, которая производилась из имевшихся в изобилии базальта и промышленного шлака.

    Мягкие  и полужесткие минераловатные  плиты, а также плиты повышенной жесткости, имеют высокие показатели по экологической чистоте, теплопроводности,плотности и несгораемости, соответствующие современным требованиям к теплоизоляционным материалам. Этим обусловлено их широкое применение при строительстве, реконструкции или ремонте жилых домов и промышленных зданий, а также теплоизоляции трубопроводов различного назначения. Только одна плита из минеральной ваты  площадью 1 кв.м толщиной всего 50 мм, утепляя внешнюю стену, позволяет экономить в год 108 MДж энергии. Изоляция из минваты позволяет экономить энергоресурсы и за счёт этого сокращать выбросы СО2 и других загрязнений. В недостаточно изолированных внешних перегородках конденсируется водяной пар. Вата  характеризуется очень низким диффузионным сопротивлением, то есть высоким коэффициентом паропроницаемости. При утеплении минеральной ватой , пар свободно уходит, и, тем самым, устраняется источник отсырения перегородки. Стены "дышат", создавая здоровый микроклимат помещений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Общая характеристика и  свойства минеральной  ваты

 

    Минеральная вата является материалом, устойчивым к воздействию повышенных температур. Она сохраняет все свои химические и физические характеристики при температуре до + 400 С. Незначительное разрушение структуры начинается только при исходной температуре + 1090 С - это порог устойчивости материала.

   Технические требования к минеральной вате приведены  в ДСТУ Б В.2.7-94-2000 (ГОСТ 4640-93).Минеральная вата (минвата, минераловатный утеплитель, каменная вата) — волокнистый теплоизоляционный материал на синтетическом связующем, получаемый исключительно из минерального сырья — силикатных расплавов горных пород (часто используются силикатные расплавы из доменных шлаков, смесей осадочных и изверженных горных пород).Минеральная вата, т.е. вырабатываемое промышленным методом минеральное волокно, по своим свойствам очень напоминает асбестовое волокно. Она характеризуется значительной устойчивостью к высоким температурам и действию химических веществ. Минеральная вата обладает также отличными тепло и звукоизоляционными свойствами. В строительстве она может почти полностью заменить асбестовое волокно. В настоящее время вырабатывается значительное количество минеральной ваты, находящей широкое применение в строительстве. Цвет минеральной ваты белый, светло-серый, зеленоватый, коричневый, темно-бурый. Высокие теплоизоляционные свойства минеральной ваты обусловлены наличием большого количества воздушных пор: пористость достигает 95—96% . Диаметр волокон ваты колеблется от 1 до 10 мкм. С увеличением диаметра волокна увеличивается теплопроводность, поэтому стандартом ограничен диаметр волокна — не более 8 мкм. Длина волокна колеблется от 2—3 мм до 20— 30 см. Средний диаметр волокон и их длина зависят как от химического состава расплава, так и от ряда технологических факторов. Чем длиннее волокно, тем более упругими и прочными получаются изделия. Помимо волокон вата содержит частицы расплава, не вытянувшиеся в волокно. Эти включения получили название «корольки». Форма этих частиц в сновном сферическая. Корольки повышают теплопроводность минеральной ваты, являясь «мостиками» передачи тепла. Объемная масса минеральной ваты зависит от среднего диаметра волокна, содержания корольков и степени уплотнения. Стандартом предусмотрено определение объемной массы при удельной нагрузке 0,002 МПа, что соответствует нагрузке, которую испытывает вата в процессе эксплуатации. При одинаковой удельной нагрузке объемная масса возрастает с увеличением диаметра и содержания корольков. Стандартом предусмотрен выпуск ваты марок 75, 100, 125. Содержание корольков размером свыше 0,25 мм ограничивается стандартом: для марок 75—12%; 100—20%, 125—25%.Водопоглощение минеральной ваты при погружении в воду очень велико —до 600%).. Гигроскопичность колеблется от 0,2 до 2%. Грибоустойчивость минеральной ваты зависит от условий эксплуатации. Минеральная вата не является благоприятной средой для развития грибов. Однако под действием органических кислот, выделяемых грибами, минеральная вата может разрушаться. Повысить грибоустойчивость можно путем повышения кислотности волокон.Температура спекания ваты 700—800°С, соответственно температура применения 600—700°С. Расстекловывание ваты может происходить уже при 500°С.

    Кислая вата меньше подвержена  расстекловыванию. Минеральная вата  обладает огнезадерживающими свойствами  благодаря негорючести и малой теплопроводности. Теплопроводность  зависит от диаметра волокна,  объемной массы и содержания  неволокнистых включений в вате. Увеличение диаметра волокна влечет за собой повышение теплопроводности. При увеличении диаметра волокна с 3 до 12 мкм теплопроводность растет на 10%.

    Сырьем  для производства минеральной ваты чаще всего являются отходы промышленности – металлургические, и топливные шлаки, золы, керамический стекляный бой, бой силикатного кирпича и пр., а также горные породы.

Измельчение сырьевых компонентов  способствует ускорению реакций  силикатообразования  и гомогенизации расплава, которая необходима для получения стабильных свойств волокна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Установка и технология получения минеральной ваты.

 

    Производство  минеральной ваты включает следующие  процессы: подготовку сырья; плавление  сырья и получение силикатного  расплава; переработку расплава в  волокно; формирование минераловатного ковра; рулонирование минераловатного ковра.

    Способ получения минеральной ваты путем плавления шихты в камере совмещенного плазменного реактора в потоке высококонцентрированной низкотемпературной плазмы, вытягивания волокон центробежно-дутьевым способом с последующей подачей волокон в камеру осаждения, отличающийся тем, что в качестве шихты используют золошлаковые отходы тепловых электрических станций, для плавления которых в поперечном сечении камеры реактора формируют вращающуюся электрическую дугу с полным профилем температур от 1400 до 1600 К.

  Установка для получения минеральной ваты, содержащая совмещенный плазменный реактор с выполненными из графита анодом и катодом, узел раздува ваты, камеру осаждения, лоток для транспортировки расплава в узел раздува, отличающаяся тем, что в средней части плазменного реактора снаружи установлена электромагнитная катушка для формирования вращающейся электрической дуги в поперечном сечении камеры реактора, а анод выполнен цилиндрическим и является тиглем для расплава золы.

    Известен способ получения минеральной ваты из доменных шлаков с применением электродуговых печей, в которых вырабатывают расплавы с широким диапазоном содержания различных химических компонентов и довольно высокой температурой верхнего предела кристаллизации (свыше 1700°С), что важно для производства высокотемпературной ваты

   Известна электродуговая печь, которая используется для получения высококачественной минеральной ваты. Установка состоит из электроплавильной печи, дутьевого устройства, приемной шахты с камерой отсоса, приемного конвейера, узла продольной обрезки краев и съема готовой продукции. Раздув производят паром с избыточным давлением 0,5-0,6 МПа. Плавление сырья осуществляется с помощью трех графитированных электродов. Шихту загружают сверху с помощью шнекового или иного питателя. Образовавшийся расплав выпускают через небольшой фидер, монтируемый сбоку печи. Коэффициент полезного действия электродуговых печей составляет 60-70%, что и показывает эффективность плавильного агрегата. Получение однородного по химическому составу расплава достигается с помощью предварительной обработки шихты

    Известен способ получения минеральной ваты из доменных шлаков с применением плавильной печи - вагранка, которая является одним из первых и наиболее распространенных плавильных агрегатов. Обязательное условие нормальной работы вагранок - однородность кусков сырья и кокса и равномерная загрузка. Одинаковые по размеру куски сырья и кокса создают равномерное сопротивление движению газового потока по всей площади поперечного сечения шихты и способствуют спокойному ходу плавления.

      Известна шахтная плавильная печь - вагранка. Установка состоит из двух частей: горновой и шахты. В нижней горновой части вагранки происходят горение топлив и плавление сырья. В горновой части имеются фурмы - отверстия для подачи воздуха на горение топлива, которые соединены кольцевой трубой-коллектором. Образовавшийся расплав из горна вытекает через летку и по лотку поступает к узлу волокнообразования. Сверху к шихте крепится искрогаситель, представляющий собой металлический кожух с колпаком и скошенным днищем, в нижней части которого имеется патрубок для удаления осевших твердых частиц. 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, расплавленному материалу.

      Известен способ получения минеральной ваты из огненно-жидких шлаков с применением печей-шлакоприемников. Основным сырьем в данном случае являются доменные огненно-жидкие шлаки, состав которых корректируют введением необходимых добавок. Печь-шлакоприемник обеспечивает гомогенизацию расплава и его подогрев до требуемой температуры.

      Известна печь для производства минеральной ваты - печи-шлакоприемники. Установка состоит из шлаковозного ковша, приемного лотка, бункера для добавок, приемного бассейна, печи-питателя, вытяжного зонда, камеры волокноосаждения. Шлак через летки металлургических печей сливают в шлаковозный ковш, в котором его доставляют к печи. Недостающее количество Al2О3-SiO2 восполняют добавлением соответствующего компонента (горной породы, стеклобоя, песка и др.), который засыпают в ковш до его заливки шлаком или вводят в шлак через загрузочное отверстие в желобе печи во время его подачи в печь. Однако печи-шлакоприемники являются громоздкими, а также имеет низкий коэффициент полезного действия 2-5%.

   Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения минерального волокна, заключающийся в непрерывной подаче шихты в стабилизированный объем плазменного реактора с температурой плазмы до 4000°С, с последующим перетеканием образовавшегося расплава по водоохлаждаемому поддону в аккумуляторный объем, либо в дозированной подаче шихты в плавильный объем реактора с зажиганием дуги между угольными электродами посредством введения графитовой дорожки. Далее расплав, полученный по любому из вариантов, поступает в аэродинамическую систему сопел Лаваля, где происходит его раздув, первичное расслоение на волокно и твердые оксиды металлов, измельчение твердых оксидов, после чего осуществляют непрерывную круговую очистку полученного волокна от измельченных оксидов металлов в камере волокноосаждения, в результате чего получают волокно длиной до 25 см, диаметром 4-7 мк, с содержанием твердых оксидов металлов не более 4 мас.%. В качестве волокнообразующего материала используют золу, шлаки, отходы горнодобывающей промышленности, в том числе базольтовую шихту и их сочетания.

   Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для получения минерального волокна, которое состоит из бункера с конусообразным створом, плазменного реактора, содержащего угольные электроды (катод и анод), которые находятся вне зоны плавления и расположены в охлаждаемых армированных огнеупором втулках, водоохлаждаемого поддона с отверстием для перетекания расплава в аккумуляторный объем со сливным лотком, аэродинамической системы, состоящей из вращающегося диска с насечками, закрепленного на тарели, кругового тора, по периметру которого расположены сопла Лаваля, камеры волокноосаждения, состоящей из соплового аппарата, расположенного в ее верхней части, двух диффузоров, сетчатого конвейера с устройством отсоса твердых частиц и приточного окна.

   Силикатные  расплавы для производства минеральной ваты получают путем плавления сырья в печах следующих типов: шахтных (вагранках),ванных элктродуговых .В стадии освоения находятся циклонные и конверторные печи.

   Основными свойствами силикатных расплавов, влияющими  на свойства минеральных волокон, получаемых из них, являются вязкость, поверхностное натяжение и кристаллизационная способность.

   Силикатные расплавы, если они  не содержат кристаллических взвешенных частиц, ведут себя как нормальные ньютоновские жидкости. При температурах ниже верхнего предела кристаллизации в них наблюдаются признаки структурирования, что приводит к ухудшению качества получаемого волокна.

   Наиболее известный и распространенный способ получения минеральной ваты из супертонкого волокна, разработанный в Научно-исследовательской лаборатории базальтовых волокон Института проблем материаловедения, заключается в плавлении горных пород в обогреваемых природным или сжиженным газом ванных печах, футерованных бакоровым брусом, в вытягивании из расплава грубых волокон через платинородиевые фильеры и в раздуве грубых волокон до супертонких. Эта технология, несмотря на сравнительную простоту, недостаточно эффективна, так как рассчитана на производительность 90-115 т теплоизоляции в год; характеризуется отсутствием механизации и автоматизации; требует больших капитальных вложений и затрат на ремонтные и охранные мероприятия из-за необходимости применения в процессе дорогостоящих изделий из драгметаллов; не позволяет перерабатывать породы с тугоплавкими примесями, переходящими в расплав при температурах значительно выше тех, которые может обеспечить применяемый метод плавления, а использование газа резко снижает экологическую безопасность производства.

 

 

Усовершенствование технологии получения изделий из полиамида  методом литья под давлением

 

 

Рис. 1. Технологический модуль по выпуску минеральной ваты из супертонкого волокна: 1 - дутьевое устройство; 2 - высокочастотный генератор; 3 - блок нагрузочного контура; 4 - индукционная печь; 5 -шихтопровод; 6 - камера волокноосаждения, 7 – дозатор

 

 

    Важным шагом при производстве минеральной ваты является расчет состава смеси сырьевых материалов - шихты - для минваты. От него во многом зависят дальнейшие свойства базальтового утеплителя (базальтовой ваты). Процесс получения расплава обычно осуществляется в вагранках - шахтных плавильных печах. Сырьё загружается вместе с коксом, который является топливом. При температуре 1300-1400°С образуется расплав, который непрерывным потоком поступает из нижней части вагранки. Формирование минерального волокна базальтовой ваты производят дутьевым или центробежным методом. Первый заключается в воздействии на струю расплава струи водяного пара или сжатого газа, второй основан на использовании центробежной силы, превращающей горячий жидкий шлак или камень в тончайшие волокна. Полученные нити попадают в камеру осаждения, а оттуда поступают на конвейер под уплотняющие их валки. Следующим этапом становится введение в минвату связующего, позволяющего формировать минеральные плиты базальтового утеплителя, а затем, после дополнительного формования и уплотнения, минераловатный ковёр базальтовой теплоизоляции подвергается продольной и поперечной резке на минеральные плиты (минплиты) или маты заданного размера. Таким образом, получается конечный продукт - базальтовая вата, который и поступает в продажу, как правило, в виде минплит.

   Вата минеральная предназначена для изготовления теплоизоляционных и звукоизоляционных изделий, а также в качестве теплоизоляционного материала в строительстве и промышленности для изоляции поверхностей с температурой до + 700°C. В качестве ненагруженной изоляции горизонтальных, вертикальных и наклонных строительных ограждающих конструкций всех типов зданий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Заключение.

    Изоляционные материалы из минераловатного утеплителя отличаются высокой химической стойкостью. Более того, минераловатный утеплитель является химически пассивной средой и не вызывает коррозию контактирующих с ней металлов. Теплоизоляционные и механические свойства изделий из минеральной ваты сохраняются на первоначальном уровне в течение десятков лет. Применение минеральной ваты позволяет обеспечить не только тепло-, но и звукоизоляцию стен. Минеральная вата значительно снижает риск возникновения стоячих звуковых волн внутри ограждающей конструкции, тем самым, увеличивается изоляция от воздушного шума. Звукопоглощающие свойства материала увеличивают затухание акустических волн и значительно снижают звуковой уровень помещения. Достоинства минераловатных утеплителей дополняет лёгкость выполнения монтажа и конструкций. Все минераловатные изделия на основе базальтовых горных пород экологически безопасны. Мягкие изделия легко режутся ножом, а более плотные - ножовкой. В зависимости от области применения и технических характеристик, производители выпускают теплоизоляционные материалы из минеральной ваты различных марок. Изоляция ограждающих конструкций включает в себя, как мягкие плиты и маты для применения в каркасных конструкциях, так и жёсткие и полужёсткие плиты, используемые, например, в фасадных конструкциях, где изоляция находится под воздействием нагрузок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Список используемой литературы:

 

1. К.Э.Горяйнов, В.В.Коровникова. Технология производства полимерных и теплоизоляционных изделий. - Москва: Стройиздат, 1989,

2. А.С.Болдырев, П.П.Золотов. Строительные материалы. - Москва: Высшая школа, 1989,.

 

3. Земцов А.Н. Базальтовая вата: история и современность / А.Н.Земцов, С.И. Огарышев : Пермь, 2003.

 

4. Лесков С.П. Мини-заводы для производства базальтовых волокон / С.П.Лесков  Строительные материалы .-2001.-№ 4.

 

5. Вредные вещества в промышленности. Справочник в 3-х томах / Под.ред. Н.В.Лазарева и И.Д. Тадаскиной - Л.: Химия, 1977