Способ непрерывного вспенивания ленты пеностекла
При получении пеностекла высокого качества возникла необходимость совершенствования ранее освоенной технологии. В институте стекла под руководством И. И. Китайгородского и Б. И. Борисова разработана и испытана опытная конвейерная установка (рис. 1. 11), позволяющая получить непрерывную ленту пеностекла толщиной 40—60 мм на движущейся жаростойкой стальной ленте [18]. В результате проведенных испытаний была доказана принципиальная возможность получения такого пеностекла в виде непрерывной ленты. Однако, несмотря на кажущуюся простоту конструкции установки, заложенная идея в связи с техническими трудностями ее осуществления не была реализована на практике.
В. институте «Гипростекло» под руководством Л. М. Бутта был также разработан проект автоматической установки для производства пеностекла АУП-1 (рис. 1. 12, 1. 13^, строительство которой завершено на Гомельском стеклозаводе в 1954 г.
При наладке режима работы АУП-1 возникли затруднения в выборе температурной кривой вспенивания, формирования ленты пеностекла, порезке ее на блоки, снятии их с поддонов и передаче в Печь отжига. Ни один из предложенных и испытанных режимов вспенивания (рис. 1. 14) не обеспечивал нормальную работу печи.
Рис. 1.13. Поперечный разрез АУП-1: / — газовый канал; 2 —экран, разделяющий рабочий канал от газового пространства; 3 — лента пеностекла; 4— отверстие для горелки; 5 —форма для вспенивания; 6 — канал для возврата форм; 7—рольганг; 8— канал для отвода отходящих газов
Движение поддонов Рис. 1.14. Температурные кривые печи вспенивания АУП-1 при скорости движения поддонов 12 м/ч: / — заданная в проекте и испытанная сотрудниками завода и института «Гипростекло»; // — предложенная и испытанная бригадой ПКБ ГИС; /// — то же, второй вариант; /У —т0 же, сотрудниками Киевского института газа АН УССР |
Анализируя результаты, полученные при освоении АУП-1, отметим, что линия не была освоена из-за отсутствия необходимых сведений о механизме вспенивания пеностекла и характере изменения деформационно-упругих свойств пено - масс при их формовании. Так, неравномерность вспенивания ленты пеностекла по высоте, как известно [1, 3], легко устраняется повышением градиента температуры по вертикали, что исключает влияние гидростатического давления столбика расплава, которое обнаруживается при высоте вспениваемого образца более 100 мм. В рассматриваемой схеме печи ввиду высокой скорости движения дымовых газов по спирали и значительного градиента температуры по ширине канала печи отсутствовала возможность регулировки температуры по высоте рабочего канала. Соотношение высоты ленты пеностекла к ее ширине было также выбрано без учета особенностей процесса вспенивания.
Отсутствие в печи зоны стабилизации явилось, на наш взгляд, основной причиной, исключившей возможность стабилизации структуры пеностекла, что затрудняло распиловку бесконечной ленты на блоки и снятие их с поддонов. Между тем известно [1, 19, 20], что правильно стабилизированное пеностекло на этой стадии уменьшается в объеме и легко отстает от подложки.
Отмеченные нами и некоторые другие трудности, связанные в Ьсновном с неудовлетворительной работой отдельных механизмов, послужили основанием для прекращения наладочных работ по освоению вполне прогрессивной по замыслу технологической линии.
При разработке проекта установки на Саратовском стеклозаводе было принято решение упростить конструкцию АУП-1. В результате была создана новая линия АУП-2 (рис. 1.15), в которой был сохранен общий принцип получения пеностекла, заложенный в АУП-1. Новая установка, отличающаяся от;АУП-1, была освоена в 1964 г. В настоящее время производительность ее доведена до 11 тыс. мъ в год.
Проведенное нами исследование АУП-2 показало, что увеличение ширины рабочего канала до 1800 мм и отсутствие зоны стабилизации в печи вспенивания способствовали снижению качества пеностекла и технико-экономических показателей работы установки. Основной причиной неудовлетворительной работы АУП-2 является отсутствие изотермии по ширине канала печи, что приводит к неравномерному вспениванию ленты и соответственно значительным колебаниям физико-химических свойств материала (рис. 1. 16, б). Лента пеностекла распиливается на плиты вдоль блока, поэтому наряду с неправильной формой изделия одной партии имеют различные свойства.
Рассматривая вопрос о непрерывном вспенивании ленты пеностекла, остановимся на схемах, рекомендуемых зарубежными специалистами. Среди них представляют интерес установки для получения пеностекла методом плавающей ленты (рис. 1. 17 и 1. 18).
Согласно работе [21], листы пеностекла толщиной. в несколько сантиметров целесообразно получать спеканием и последующим вспениванием пенообразующей смеси на горизонтальной поверхности расплавленного металла, который находится в ванне с неокислительной атмосферой (рис. 1. 17). Регулирование ширины ленты пеностекла осуществляется двумя продольными бортами, выполненными из не смачиваемого стеклом материала. В начале ванны пенообразующая смесь вспенивается, затем при дальнейшем продвижении лента пеностекла постепенно охлаждается, затвердевает и, наконец, вытягивается с поверхности расплава в отжигательную печь, в которой пеностекло затвердевает окончательно. Другой вариант [22] получения пеностекла методом плавающей ленты заключается в том, что на поверхности расплавленного металла сначала вытягивают ленту обыкновенного стекла, на которую после некоторого продвижения ее вперед через отверстие в своде насыпают слой пенообразующей смеси (рис. 1. 18).
Рис. 1.17. Схема получения пеностекла методом плавающей ленты [21]: 1 — ванна для расплава металла; 2— расплав олова или сплав олова; 3— верхний уровень расплава металла; 4 — торцовые стенки ванны; 5—загрузочное отверстие; 6 — отверстие для вытягивания ленты пеностекла; 7 — подсводное пространство; 8 — свод бассейна; 9 — разделительная стенка; 10 — трубопровод для подачи инертных газов в зону вспенивания; И— регуляторы подачи газов; 12— каналы для подачи инертных газов; 13 — нагреватели; 14—боксы для охлаждения ленты пеностекла; 15 — печь отжига; 16—входное отверстие печи отжига; 17 — терморегуляторы; 18 — емкость для пенообразующей смеси; 19 — пенообразующая смесь; 20 — ленточный транспортер; 21 — выравнивающий валик; 22 — слой пенообразующей смеси; 23 — начало вспенивания ленты пеностекла; 24 — вспененное пеностекло в виде ленты; 25 — вращающиеся ролики; 26—приводные ролики для транспортировки ленты пеностекла |
Лента, состоящая из слоя стекла и сплавившегося с ним слоя пеностекла, при дальнейшем продвижении вперед по поверхности расплавленного металла охлаждается и затвердевает. В полученном таким способом листовом материале слой пеностекла высотой 20—60 мм прочно соединен с подложкой из плотного стекла толщиной до 8 мм.
Следует заметить, что в обоих случаях толщина ленты пеностекла небольшая, всего лишь несколько сантиметров. И это не случайно. Во-первых, основное количество тепла, необходимое для вспенивания, можно подвести больше снизу без ущерба для структуры пеностекла, что в случае размещения нагревателей в расплаве металла более легко выполнимо. Во-вторых, значительно упрощается режим вспенивания, по-
Рис. 1.18. Схема получения пеностекла методом плавающей ленты [22]: I — бассейн для стекломассы; 2 — лента стекла; 3 — расплавленный металл;
4 — пенообразующая смесь; 5 — пеностекло скольку в тонком слое изменение теплофизических свойств формирующегося пеностекла в меньшей мере отражается на процессе формирования его структуры. И наконец, переработка тонкого листового пеностекла на изделия менее трудоемка и более экономична.
Анализ литературных данных [1, 3, 18—22] и результатов исследования работы установок на Гомельском (АУП-1) и Саратовском (АУП-2) заводах позволяет сформулировать некоторые общие закономерности по данному вопросу.
Способ непрерывного получения пеностекла, несомненно, перспективен. Несмотря на отмеченные выше недостатки, он должен совершенствоваться в направлении конструктивного оформления тепловых установок. Основными причинами неудачного освоения установок такого типа являются отсутствие данных о закономерностях механизма формирования и развития структуры пеностекла, изменение деформационно - упругих свойств пеномасс на стадиях их стабилизации и отжига. Это подтверждается различием конструкций тепловых установок, предназначенных для вспенивания и формования ленты пеностекла. Только лишь по этой причине предложенные к внедрению установки оказались громоздкими, сложными в конструктивном оформлении и практически неработоспособными.
В связи с отсутствием данных об изменении реологических свойств пеномасс в зависимости от их структуры, давления газов внутри ячеек и температуры нет также единого мнения о характере температурной кривой вспенивания и формования пеностекла, конфигурации ленты и ее оптимальных линейных размерах по сечению. Литературные сведения по затронутым нами вопросам различны, а иногда противоречивы. Это является результатом различного рода допущений, положенных в основу расчетов при проектировании установок для непрерывного вспенивания пеностекла.