ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕЕ

Минеральная вата представляет собой волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов. Сырьем

ДЛЯ йроизводстйа минеральной ватьі служат многие гор. ные породы, металлургические шлаки и отходы промыш­ленности строительных материалов (бой глиняного и силикатного кирпича). При производстве ваты из того или иного сырья нередко возникает необходимость вве­дения в состав шихты добавки, имеющей другой химиче­ский состав, для получения более качественного волокна.

Для характеристики химического состава сырья и са­мой ваты пользуются величиной модуля кислотности, который представляет собой отношение суммы кислотных окислов (5Ю2 + А120з), содержащихся в сырье или вате, К сумме основных окислов.

В соответствии с ГОСТ 4640—76 модуль кислотности минеральной ваты должен быть не менее 1,2 м %ЗЮ2 + % А120З к % СаО + % MgO

А для высшей категории ваты марки 75—1,5.

Работа 1. Определение качественных показателей Минеральной ваты

Данная лабораторная работа проводится с целью обу­чения студентов методам расчета состава шихты для получения минеральной ваты, при выполнении которых в значительной степени закрепляются знания теоретиче­ского курса в части сырья и химического состава ваты, приобретается некоторый навык практической работы по контролю технологического процесса производства минеральной ваты.

При выполнении второй части работы студенты изу­чают свойства самой ваты и определяют ее марку.

Расчет состава сырьевой шихты по заданному Мк. В этой части работы важным является личное участие каждого студента в выполнении необходимых расчетов. Для этого рекомендуется выдавать индивидуальное за­дание каждому студенту, для чего необходимо иметь 12 — 15 вариантов исходных данных (табл. 9).

Каждый студент производит расчет состава шихты двумя приведенными ниже способами и определяет рас­ход сырьевых материалов, потребный для получения 1 т минеральной ваты. Расход сырьевых материалов следу­ет определять с учетом производственных потерь, имею­щих место при складировании, транспортировке и дроб-

Лент материалов, а также при переработке силикатного расплава в минеральное волокно.

Исходными данными для расчета шихты служат хи­мические составы сырьевых материалов и заданный мо­дуль кислотности минеральной ваты, который обуслов­ливается назначением минеральной ваты, условиями ее службы в конструкции и способом переработки распла­ва в минеральное волокно. Состав шихты рассчитывают двумя методами: 1) методом составления и решения си­стемы алгебраических уравнений и 2) методом последо­вательного приближения.

Метод составления и решения алгеб­раических уравнений. Обычно шихта для про­изводства минеральной ваты состоит из двух видов сырья, поэтому при расчете шихты составляют и решают систему двух уравнений с двумя неизвестными х и у, вы­ражающими количество составных частей шихты.

Одно из уравнений имеет вид х + у= 1, а другое урав­нение представляет собой выражение модуля кислот­ности

(S102 + А12О;) X + (Sip; + А120з) у (CaO' - f-MgO') л: + (СаО" + Mgo")f ~

Где S1O2, АЬОз, СаО' и MgO' — содержание соответст­вующих окислов в первом виде сырья, %; Si02 , АЬОз СаО" и MgO" — содержание тех же окислов во втором виде сырья, %; Мк — величина заданного модуля кис­лотности.

Решая уравнения относительно х или у, получают содержание сырьевых материалов в шихте в долях еди­ницы, а затем выражают состав шихты в процентах по массе. Расхождение величины модуля кислотности за­данного и полученного в результате расчета не должно превышать 5%.

Метод последовательного приближе­ния[4]. Этот метод состоит в том, что, задаваясь содер­жанием какого-либо одного химического окисла в полу­чаемой минеральной вате и зная содержание этого окис­ла в составе сырьевых материалов, в порядке определен­ной очередности находят количество отдельных частей шихты. Таким окислом обычно является один из окислов, определяющий величину модуля кислотности, чаще все­го Si02.

Из двух видов сырьевых материалов, составляющих шихту, один считают основным, а другой—дополни­тельным, количество которого выражают через Далее задаются оптимальным содержанием Si02 в расплаве (а). Зная процентное содержание Si02 в основном и до­полнительном сырье (бив), составляют уравнение а= = б+х(вБ), откуда определяют х=(а—б)/(в—Б).

Вычислив количество дополнительного сырья (в до­лях единицы), находят путем вычитания его из единицы количество основного сырья (1—х). Затем определяют процентное содержание отдельных химических окислов в составе шихты, как показано на следующем примере..

Пусть содержание Si02 в основном и дополнительном видах сырья будет пит, %, тогда содержание S1O2 в составе шихты можно выразить равенством

% Si02=N.(—X)-RMx.

Так же находят содержание и других окислов, опре­деляющих модуль кислотности, т. е. А1203, СаО и MgO.

Подставляя найденные значения этих четырех окис­лов в формулу для определения модуля кислотности, на­ходят его величину. Если модуль кислотности оказался в заданных пределах, то расчет состава шихты на этом заканчивают, пересчитывая только содержание обоих ви­дов сырья с долей единицы в проценты по массе, и вно­сят поправку на влажность материалов.

Если же полученный модуль кислотности выходит за пределы заданных значений,.то задаются другой ве­личиной содержания Si02 в составе шихты и повторяют расчет. При излишне высоком значении Л1к для повтор­ного расчета принимают меньшее содержание Si02, а при недостаточной величине Л1к берут меньшее содержа­ние СаО в составе шихты.

Пример расчета шихты. Требуется определить расход сырьевых материалов для получения 1 т минеральной ваты.

Данные для расчета: заданный модуль кислотности ваты Мк^=1,5; основное сырье — доменный шлак; допол­нительное сырье — бой глиняного кирпича; влажность доменного шлака — 8%, кирпичного боя — 2%; перера­ботка расплава в волокно осуществляется на многовал­ковой центрифуге. Расчет произвести двумя способами.

Химический состав сырья

Содержание окислов

% по

Массе

Сырье

Si02

А1а03

СаО

MgO

Fea03

FeO

MnO

S

R jO

Доменный шлак

41,2

3,79

48,14

2,62

_

0,64

3,12

1,35

?_

Кирпичный бой

71,7

16,2

2,2

1,9

5,6

2,4

1. Метод составления и решения алгебраических уравнений. Обозначая через х содержание в шихте до­менного шлака, а через у — кирпичного боя, составляем два уравнения:

Х--у=1;

(41,2 +3,79) х + (71,7 + 16,2) у __44,99дг + 87, G

(48,14 +2,62) * +(2,2 + 1,9) (/ ~ 50,76л:+4,1 у ~~ '

Систему уравнений решаем методом исключения од­ного неизвестного х = 1—у.

Подставляя значение х, выраженное через у, во вто­рое уравнение, имеем одно уравнение с одним неизвест­ным:

44,99 (I — у) + 87,9у g 50,76 (1 — у) +4,1 у

Решая это уравнение относительно у, получаем его значение. В данном случае у=0,276, тогда х=1—0,276= = 0,724.

Округляя полученные величины до сотых долей, по­лучаем, что х = 0,72, а // = 0,28, т. е. шихта состоит из 72% шлака и 28% боя глиняного кирпича (по массе).

После этого уточняем величину модуля кислотности, которым будет характеризоваться расплав, полученный из шихты рассчитанного состава. Для этого умножаем количества окислов исходных компонентов шихты на значения х и у, определяя таким образом количества соответствующих окислов, вносимых в расплав шлаком и кирпичным боем. По результатам расчета составляем таблицу содержания окислов в расплаве (см. табл. 10).

Таблица 10

Содержание окислов в расплаве

Составные части расплава

Содержание окислов, вносимых в расплав, %

5І0,

А1203

СаО

MgO

Fe203

FeO

МП О

S

R2O

Доменный шлак Кирпичный бой

29,7 20,1

2,73 4,53

34,6 0,62

1,89 0,53

1,57

0,46

2,25

0,97

0,67

Подставляя значения SiC>2, А1203, СаО и MgO в фор­мулу для определения модуля кислотности, уточняем значение его величины

М 49,8 + 7,26 51 к 35,22 +2,42

Расхождение величины модуля кислотности заданно­го и полученного составляет менее 1%. Следовательно, рассчитанный состав шихты удовлетворяет условие по­лучения расплава Мк=1,5.

2. Метод последовательного приближения. Для опре­деления количества дополнительного сырья, в данном случае кирпичного боя, принимаем количество основно­го сырья (шлака) за единицу и задаемся содержанием в шихте окисла Si02, равным 50%. Тогда

Х=(а-б)/(в-б)={50-41,2)/(71,7-41,2)=0,289,

Где х — количество кирпичного боя, добавляемого в ших­ту в долях единицы; а — заданное содержание принято­го окисла (Si02) в составе шихты, %; б — содержание принятого окисла в шлаке, %; в — содержание принято­го окисла в кирпичном бое, %.

Следовательно, 1 вес. ч. шихты будет состоять из 0,711 вес. ч. шлака и 0,289 вес. ч. кирпичного боя. :

В такой шихте будет содержаться, % по массе:

Si02=(0,711-41,2+0, 289-71,7) = 50,01;

А1203^(0,711-3,79 + 0, 289-16,2) == 7,38;

Са0=(0,711 -49,14+0,289-2,2) = 33,86;

М°0=(0,711 -2,62+ 0,289-1,9)=2,41.

При таком процентном соотношении окислов модуль кислотности шихты будет равен

50,0. +7,38д1 33,86 4-2,41

Полученное значение модуля кислотности шихты не­сколько превышает заданное его значение. С целью не­которого уменьшения значения Мк неободимо произве­сти дополнительный расчет. Уменьшим содержание в составе шихты Si02 на некоторую величину и примем его равным 49,8%.

Тогда

49,8-41,2 =0 2756 илн о,28, 71,7 — 41,2

Т. е. шихта будет состоять из 72% шлака и 28% кирпич­ного боя. В такой шихте будет содержаться, % по массе:

SiO2=0,72-41,2+0,28-71,7=49,74;

А12Оз=0, 72-3,79+0,28-16,2=7,26;

СаО=0,72-48,14+0,28-2,2= 35,28;

Mg0 = 0,72-2,62+ 0,28-1,9 = 2.42.

Модуль кислотности такой шихты будет равен Мк=

49,74 + 7,26 .

- — 1,о1, т. е. в пределах заданного значения.

35,28 +2,42,

Таким образом, расчет шихты, произведенный обои­ми методами, позволил установить, что шихта должна состоять из 72% доменного шлака данного химического состава н 28% боя глиняного кирпича.

Следовательно, для получения 1 т минеральной ваты без учета влажности сырьевых материалов и производ­ственных потерь расход компонентов шихты составит: доменного шлака — 720 кг; боя глиняного кирпича — 280 кг.

Введя поправку на влажность, получим: расход до­менного шлака — 720-1,08=777,6, или 778 кг; расход кирпичного боя —280-1,02 = 285,6, или 286 кг.

Предположим, что общие производственные потери (при транспортировании и складировании материалов, при их дроблении и отходы при переработке расплава в волокно) составляют для шлака 28%, а для кирпично­го боя — 20%. Тогда практический расход материалов в естественном состоянии на 1 т минеральной ваты соста­вит: доменного шлака — 778-1,28=995 кг; кирпичного боя —286-1,20=343 кг. •

Результаты проведенной работы рекомендуется запи­сывать по следующей форме:

Наименование сырьевых материалов

Расход сырья на 1 т ваты без учета влаж­ности и производ­ственных потеоь, кг

Влажность

Сырья, %

Производствен­ные потери,

%

Практический расход на 1 т ваты, кг

Определение марки минеральной ваты. Для выпол­нения второй части данной лабораторной работы жела­тельно иметь в лаборатории несколько сортов минераль­ной ваты. В этом случае, разделив подгруппу студентов на бригады, состоящие из 2—3 человек, преподаватель имеет возможность выдать каждой бригаде самостоя­тельное задание.

Задание состоит в следующем.

1. Пользуясь методами, изложенными в первой части настоящего практикума, студенты определяют основные свойства ваты: а) влажность; б) среднюю плотность; в) содержание корольков; г) толщину (средний диа­метр) волокон; д) содержание волокон толщиной свыше 15 мкм; е) теплопроводность при температурах 25, 100 и 300° С; ж) содержание органических добавок; з) со­держание серы; и) температуроустойчивость; к) водо­стойкость.

2. Полученные результаты сравнивают с требования­ми ГОСТ 4640—76 (табл. 11) и делают выводы по ка­честву ваты, относя ее к той или иной марке.

Для ускорения работы каждый член бригады может производить отдельные операции. Отчет о проведенной работе составляется каждым студентом в полном объеме.

Таблица И

Наименование показателей

Нормы для марок

75

100

125

Для высшей категории, качества

Для 1-й

Категории

Качества

Для высшей

Категории

Качества

Для 1-й! категории j качества

Для 1-й

Категории

Качества

Средняя плотность (объемная масса), кг/м3, не более

Содержание неволокнистых включений («корольков») раз­мером свыше 0,25 мм, %, не более

Средний диаметр волокон, мкм, не более

Содержание волокон диамет­ром свыше 15 мкм, %, не бо­лее

Модуль кислотности, не менее Водостойкость рН, ие более Температуроустойчивость, ° С,

Не менее

73

75

97

100

125

10

12

15

20

25

6

8

7

8

8

5

7

5

7

7

1.5

5

700

1,2 7 600

1,4

5 700

1,2 7 600

1,2 7

600

Примечания: 1. Изготовление минеральной ваты марки 125 допускается до июля 1980 г.

2. Температуроустойчивость минеральной ваты, используемой для получения изделий на органическом связующем, не определяется.

Лабораторное оборудование и приборы: 1. Измери­тельный микроскоп (3—5 шт.). 2. Прибор для определе­ния содержания корольков. 3. Прибор для определения объемной массы минеральной ваты. 4. Химическая посу­да и реактивы. 5. Весы технические Т-200.

Результаты, полученные при проведении исследова­ний, рекомендуется записывать по следующей форме:

Наименование материала

Завод-изготовитель-------

Дата и место испытания -

Наименование показателей свойств'

•Результаты испытания отдельных образцов, навесок

Средняя вели­чина

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Средняя плотность под удельной нагрузкой 0,002 МПа, кг/м3

Содержание «король­ков» размером свыше 0,25 мм, %

Теплопроводность, Вт7(м-°С), при средней температуре: 25 ± 5° С 100° С 300° с Средний диаметр воло­кон, мкм

. Содержание серы, % Содержание органиче­ских добавок, %

Температуроустойчи- вость, ° С Водостойкость рН

Работа 2. Исследование влияния вида и количества Связующих веществ на основные свойства твердых минераловатных изделий

Минеральная вата, являясь эффективным теплоизоля­ционным материалом, имеет ряд существенных недостат­ков: уплотняемость (слеживаемость) ваты во времени, что приводит к образованию пустот в теплоизоляцион­ных конструкциях; невозможность применения индустри­альных методов при производстве тепломонтажных ра­бот при использовании рыхлой ваты; запыленность воз­духа при работе с рыхлой ватой, вредно влияющая на здоровье людей и требующая применения специальных мер по охране труда.

В связи с этим в настоящее время минеральную вату применяют в основном в виде различного рода изделий: матов, войлока, полужестких и жестких плит, скорлуп, сегментов.

. Для получения гибких полужестких и жестких изде­лий применяют различного рода связующие вещества,

Назначение которых — скреплять между собой контакти­рующие волокна ваты. В зависимости от количества свя­зующего вещества, введенного в вату, получают изделия с разными свойствами. На свойства изделий значитель­ное влияние оказывает и вид связующего вещества, а также способ его введения в минеральную вату.

Целью настоящей работы является изучение влияния количества и вида связующего вещества на основные свойства жестких минераловатных изделий.

Получение жестких изделий из минеральной ваты состоит из трех основных технологических операций:

1) смешивания волокон ваты со связующим веществом;

2) формования изделий из полученной массы с под - прессовыванием или вакуумированием; 3) тепловой об­работки отформованных изделий.

Данная работа выполняется подгруппой студентов, разделенной на три бригады по 3—4 человека. Каждая 'бригада изготовляет образцы жестких минераловатных изделий, используя одно из связующих веществ и изме­няя его содержание в формовочной массе согласно с Заданием, варианты которого приведены в табл. 12.

Таблица 12

Количество связующего вещества,

Номера

Наимено­

Вид связующего

% or ваты

Вари­

Вание

Вещества

Антов

Изделия

1

2

3

4

1

Битумное

10 *

14

18

■ 22

2

Глиняное

10

14

18

22

3

Диатомитовое

10

14

18

22

Все бригады работают с одной и той же ватой. Каждая бригада изготовляет по три образца для каж­дого состава на заданном ей связующем веществе и пос­ле соответствующей тепловой обработки отформован­ных образцов производит их испытание на среднюю плот­ность и прочность при изгибе. По полученным данным все бригады строят графики зависимостей средней плот­ности и прочности от количества связующего вещества, а затем под руководством преподавателя все эти гра­фики сводятся в один общий график, анализ которого позволит сделать соответствующие выводы о влиянии вида связующего вещества и его количества на среднюю плотность и прочность жестких минераловатных изделий.

1. Изготовление образцов на битумном вяжущем за­ключается в следующем. Во-первых, приготавливают связующее вещество. Из-за сложности получения чистой битумной эмульсии в лабораторных условиях готовят вначале глиняно-битумную пасту. Для этого используют молотую глину (лучше каолиновую марки 4-1), битум марок III и IV и подогретую воду. Состав глиняно-битум - ной пасты следующий: 1:1:2 (битум : глина : вода). Приготовление глиняно-битумной пасты осуществляют следующим образом. В лабораторную мешалку вливают 25 % подогретой до 80—90°С воды, затем постепенно всыпают молотую глину. После тщательного перемеши­вания глины с водой и получения глиняного теста в ме­шалку тонкой струей выливают разогретый до темпера­туры 140—150° С битум. Одновременно с битумом для поддержания постоянной сметанообразной консистенции массы постепенно вливают подогретую оставшуюся воду. После тщательного перемешивания всех компонентов и равномерного распределения битума в массе, что харак­теризуется равномерным цветом массы, паста считается готовой.

Получение из массы битумной эмульсии производят добавлением воды с таким расчетом, чтобы концентра­ция битума в эмульсии составляла 10%. При этом мас­са подвергается интенсивному непрерывному перемеши­ванию.

Во-вторых, производят формование образцов. С целью экономии материалов и упрощения процесса формова­ния образцов, а также учитывая, что работа произво­дится с учебной целью, образцы рекомендуется изготов­лять размером 100x200x30 мм. В соответствии с этим в лаборатории необходимо иметь комплект форм с пер­форированными днищами.

Формование образцов осуществляют следующим об­разом. Исходя из заданной средней плотности и разме­ров образца, отвешивают необходимое количество ва­ты. При этом учитывают количество связующего веще­ства, которое будет введено в вату (количество битума и глины). Вначале изготовляют три образца с количест­вом связующего 10% от массы ваты. Для этого отвеши­вают три навески ваты с точностью до 1 г и каждую на­веску смешивают с глиняно-битумной эмульсией, кото­рую берут из расчета, чтобы в образце содержалось 10% битума от веса ваты. Вату, равномерно пропитан­ную глиняно-битумной эмульсией, укладывают в форму, стараясь распределить ее ровным слоем и разровнять имеющиеся комки. Поверх ваты устанавливают пуансон с грузом, обеспечивающим давление 0,005 МПа. Для по­лучения необходимой толщины образца в форме должны быть ограничители.

Под действием груза часть воды удаляется из массы, а битум осаждается на волокнах ваты и скрепляеі их между собой. Обычно влажность образца после формо­вания составляет 65—75%.

В-третьих, производят тепловую обработку отформо­ванных образцов путем высушивания их в сушильном шкафу при температуре ПО—120° С в. течение 5—6 ч или в лабораторной сушилке при температуре до 130° С в течение 3—4 ч.

Изготовление образцов с большим количеством свя­зующего вещества производят аналогичным путем. При ■этом сохраняют неизменным количество ваты и увели­чивают количество связующего вещества.

2. Изготовление образцов с применением неорганиче­ских связующих веществ осуществляют следующим об­разом.

Вначале приготавливают водную суспензию глины или диатомита в количестве, необходимом для формова­ния трех образцов. При этом количество связующего ве­щества берут в соответствии с заданием (по табл. 10), а количество воды из расчета 1 : 10 (вата :вода). Приго­товленную суспензию делят на три части и каждую часть тщательно перемешивают с навеской ваты. При этом навеску ваты берут в таком же количестве, в ка­ком ее берет бригада, изготавливающая образцы на би­тумном связующем. Это делается для того, чтобы при испытании образцов можно было получать сопоставимые результаты.

Тщательно перемешанную массу помещают в форму и производят формование образца путем нагружения его грузом, обепечивающим давление 0,005 МПа. Изменение количества связующего вещества (при изготовлении образцов с большим его содержанием) обеспечивают путем увеличения его концентрации в суспензии.

Тепловую обработку отформованных образцов осу­ществляют в сушильном шкафу или в лабораторной су­шилке при температуре 130—150° С до постоянной массы.

3. Испытание образцов на среднюю плотность и проч­ность при изгибе производят по методике, изложенной в первой части практикума (гл. I, § 3 и 5).

По полученным результатам каждая бригада строит графики зависимости свойств изделий от количества и вида связующего вещества, указанные в начале описа­ния данной работы.

Для удобства пользования опытными данными при построении графиков результаты, полученные при про­ведении опытов подгруппой, рекомендуется записывать по следующей форме:

Вид связующего вещества И его колнчсано в образцах, % по массе

Показатели свойств образцов

Средняя плотность, кг/м'

Прочность гірн нзгнбе, Па

1

2

3

Среднее значение

1

2

3

Среднее значение

Битумное 10 14

18

22

Глиняное 10

14

18 22

Диатомитовое 10 14 18 22

Лабораторное оборудование и приборы: 1. Лабора­торная мешалка емкостью 5—10 л. 2. Комплект форм с перфорированными днищами и пуансонами. 3. Сушиль­ный шкаф или лабораторная сушилка с принудительным движением теплоносителя. 4. Прибор для испытания об­разцов на изгиб. 5. Измерительный инструмент. 6. Весы технические Т-200. 7. Мерная посуда.

ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ III

Китайцев В. А. Технология теплоизоляционных материалов. М., 1964.

Технология минеральных теплоизоляционных материалов и лег­ких бетонов / Горяйнов К. Э., Дубенецкий К. Н„ Васильков С. Г., Попов Л. Н. М., 1976.

Справочник по производству теплоизоляционных и акустических материалов. М., 1976.

ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Термопанели — качественный материал для отделки и утепления дома

Современные термопанели выделяются отменными эксплуатационными качествами, что делает их идеальным материалом для отделки зданий. Вопрос с утеплением дома всегда стоял остро. Производители предлагают множество строительных материалов, но большинство людей предпочитают …

Негорючая изоляция и базальтовая вата

При возведении зданий любого предназначения необходимо уделять внимание пожарной безопасности. Для решения этой проблемы подойдет негорючая изоляция, базальтовая вата.
Негорючие теплоизоляционные материалы стали неотъемлемой частью профильного рынка.

Средства теплоизоляции: зачем они нужны

Для обеспечения эффективного энергосбережения необходимо использовать качественные средства теплоизоляции. При выборе современных материалов реально снизить тепловые потери до 70%! Соответственно – уменьшить затраты на отопление дома/квартиры.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.