ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ ШЛАКОСИТАЛЛОВ

В настоящее время осуществляется промышленная технология производства следующих видов шлакоситалла: листового шлакоситалла темного и белого цветов толщиной 5—20 мм, шириной до 2000 мм; листового шлакоситалла, покрытого керамическими красками; шлакоситалловых плит размерами 250X250 и 300X300 мм и толщиной 15—20 мм.

ХИМИЧЕСКИЕ СОСТАВЫ

Вначале были разработаны составы черного (700) и белого (495) шлакфиталлов (табл. 27.1), но они оказа­лись непригодными для непрерывного механизированно­го промышленного производства. Поэтому был разрабо­тан новый состав черного шлакоситалла (состав 2), удов­летворяющий требованиям механизированной поточной технологии. Из стекла составД 2 в опытно-промышлен­ных цехах на заводе «Автостекло» и на стекольном за­воде им. Октябрьской революции организовано поточ­ное механизированное производство листового материа­ла и прессованной плитки.

Во всех составах шлакоситаллов присутствует фтор в количестве 1,9—2,3% по массе. Добавки фтора сущест­венно понижают температуру кристаллизации и устра­няют температурный разрыв между процессами образо­вания зародышей и роста основной фазы в шлакоси - талле.

; В составе Б-12 присутствует 5 % КгО взамен ЫагО. Роль КгО сводится к следующему: усиливается ликваци - онная структура стекла; повышается температура раз­мягчения стекла и понижается температура начала его кристаллизации; уменьшается возможность деформации изделий при их кристаллизации (табл. 27.2).

Достигнутый на сегодняшний день уровень промыш­ленного производства шлакоситаллов говорит о том, что полученные практические составы шлакоситаллов в до­статочной степени отвечают требованиям современного производства.

СВОЙСТВА

Благодаря своей тонкокристаллической структуре и большому содержанию кристаллической фазы шлакоси.-

27—468 417

Таблица 27.2. Составы катализаторов

Добавка, % по массе

I Сульфиды тяжелых металлов MnS+FeS

II Сульфиды тяжелых металлов (Мп+

+FeS) +фтор

Сульфид циика+фтор

IV Двуокись титаиа ТЮ2+фосфорный аи-

Гидрид Р2О5 V Окись магния MgO

Талл обладает целым рядом ценных физико-химических свойств (табл. 27.3).

Как можно видеть из этого сравнения, шлакоситалл имеет механические, термические и химические свойства более высокие, чем другие материалы. Он обладает вы­сокой прочностью на сжатие, большей, чем каменное ли­тье, кислотоупорная керамика, фарфор и природные камни, и может конкурировать с чугуном, алюминием и сталью.

Прочность шлакоситалла при изгибе выше, чем стек­ла, фарфора, каменного литья и приближается к прочно­сти чугуна. Шлакоситалл в 3 раза легче стали. При рав­ной массе прочность шлакоситалловых изделий близка к прочности чугунных. Мелкозернистая плотная и бес­пористая структура определяет высокую прочность шла­коситалла при истирании. Абразивная устойчивость шла­коситалла в 4—6 раз выше, чем каменного литья, в 20— 30 раз выше, чем гранита и мрамора, и в 50—60 раз превышает устойчивость стекла, фарфора и керамики. Шлакоситалл морозостоек, так как имеет нулевое водо­поглощение.

Химическая устойчивость против воздействия воды, неорганических кислот, щелочей и солей у шлакоситал­ла не хуже, чем у каменного литья и керамики. По ди­электрическим свойствам он не уступает фарфору.

Ценное сочетание свойств делает шлакоситалл весь­ма перспективным материалом, для защиты строитель­ных конструкций и аппаратуры химической и других от­раслей

/

ТЕХНОЛОГИЯ

В настоящее время существует два основных спосо­ба производства шлакоситалловых изделий: конвейерный способ производства листового шлакоситалла методом непрерывного проката; конвейерный способ производст­ва прессованных шлакоситалловых плит методом прес­сования. Разработанные способы производства листово­го шлакоситалла в основном базируются на технологии стекольного производства и состоят из следующих ос­новных последовательных операций: приготовление ших­ты, варка стекла, формование ленты, кристаллизация ленты, резка ленты шлакоситалла.

В ходе разработки и освоения промышленной техно­логии производства листового шлакоситалла были найде­ны оригинальные решения и проведены работы по созда­нию новых конструкций оборудования. Разработка тех­нологии изготовления шлакоситалловых плит также проводилась в направлении создания механизированного поточного производства.

На рис. 27.1 показана схема поточной линии для про­изводства листового шлакоситалла. Линия состоит из ванной регенеративной печи 1 с автоматическим управ­лением тепловым, газовым и материальным режимами; прокатной машины 2 оригинальной конструкции, приспо­собленной для прокатки легкокристаллизующихся сте­кол; кристаллизатора 3 с газовым отоплением с автома­тическим регулированием температуры; комплекта уст­ройств для резки ленты стекла 4 на заданные размеры и подачи их на склад.

На рис. 27.2 показана схема основных стадий произ­водства прессованных плит из шлакоситалла. Она со­стоит из следующих технологических операций: варка стекла, формование плит и их кристаллизация.

Приготовление шихты. Для получения стекломассы, пригодной для изготовления шлакоситалла, в состав шихты должны входить металлургический доменный шлак, кварцевый песок, кремнефтористый натрий, в том числе при производстве темно-серого шлакоситалла — сульфат натрия и антрацит, при производстве белого шлакоситалла — поташ, калиевая селитра и цинксодер - жащее сырье. Рецепт шихты для темно-серого шлакоси­талла выглядит следующим образом (на 100 кг стекла): доменный шлак — 57,61 кг, кварцевый песок—39,8 кг,

Ш

Сульфат натрия — 8,1 кг, кремнефтористый натрий — 4,73 кг, антрацит—0,81 кг; рецепт белого шлакоситалла включает: доменный шлак—51,6 кг, кварцевый песок — 38,11 кг, поташ — 6,23 кг, калиевую селитру — 2,2 кг, цинксодержащее сырье—3,66 кг, кремнефтористый нат­рий —3,39 кг.

Подготовка сырьевого материала и приготовление шихты не имеют существенных отличий от известных ме­тодов стекольной технологии. Исключение составляет гранулированный доменный шлак, для которого разра­ботана своя технологическая схема обработки.

□

Исследованиями постоянства химического состава до­менных шлаков установлено, что колебания по Si02, СаО и А120з находятся в пределах нескольких процентов. В целях уменьшения колебаний химического состава стекла шлак усредняется путем десятикратной переброс­ки мостовым грейферным краном рабочей партии шлака, составляющей 300—350 т. Усредненный шлак сушится в сушильном барабане при температуре 520—540 °С до ус­тановленной влажности 0,2 %. После помола в шаровой мельнице шлак просеивают через сито-бурат 64 отв/см2 и поверхность частиц должна быть в пределах 300— 440 см2/г. Приготовленный таким образом шлак посту­пает в расходный бункер составной линии, отвешивается на автоматических весах и далее подается в смеситель для приготовления шихты.

Варка стекла. Варка шлаковых стекол в отличие от традиционных имеет свои особенности, заключающиеся в следующем: посредством шлака в шихту вносят гото­вые продукты реакций силикатообразования, которые плавятся при нагреве гораздо быстрее, чем другие ком­поненты, что увеличивает скорость стеклообразования. Этому же способствует и наличие в шлаке сульфидной серы; в соответствии с требованиями к составу стекла оно должно содержать катализаторы кристаллизации — суль­фидную серу и фтор в строго определенных количествах (0,3%±0,5 и 1,7 %±0,2 соответственно), которые лету­чи при варке; шлаковая стекломасса из-за наличия суль­фидной серы склонна к расслаиванию и кристаллизации, что вызывает необходимость строгого поддержания тем­пературного и газового режима; шлаковое стекло весьма агрессивно воздействует на огнеупорную кладку печей.

Указанные обстоятельства во многом определили принятые технологические режимы варки шлаковых сте­кол и конструкции стекловаренных печей. Разработан­ный для варки шлаковых стекол в ванных печах непре­рывного действия температурный режим представлен на рис. 27.3. Варка стекла происходит при максимальной температуре 1470°С±5°. Температура в выработочной части составляет для темно-серого шлакоситалла 1340 — 1350°С, для белого шлакоситалла 1390 — 1420°С. Под­держание температурного режима в этой части печи до­стигается за счет самостоятельного обогрева при помо­щи газовых горелок предварительного смешивания.

Рациональное распределение зон варки следующее: зона силикато - и стеклообразования располагается на участке от загрузочного кармана ДО второй пары горе­лок; зона осветления и гомогенизации, она находится на участке второй и третьей пар горелок; зона студки, рас­положенная на участке от третьей пары горелок до раз­делительных арок выработочной части; зона выработки, занимающая пространство за разделительными арками.

Важное значение при варке шлаковых стекол имеет создание надлежащего состава газовой атмосферы в раз­личных зонах ванной печи из-за влияния этого фактора на реакции, протекающие в шлакосодержащей шихте при ее нагреве. Обычно соотношение газа и воздуха, по­дающихся в ванную печь для горения, составляет 1 ;9 или 1:10, рабочее давление за третьей и четвертой па­рами горелок при этом составляет 4— 5 Па.

Формование. Высокая кристаллизационная способ­ность, низкая вязкость и узкий интервал формования шлаковых стекол делают непригодными известные при­емы и оборудование для получения ленты методом про­ката. В связи с этим для получения непрерывной ленты из шлакоситалла впервые в практике стеклоделия был разработан струйно-распределительный способ.

Этот способ характеризуется следующим: исходное стекло непрерывной регулируемой струей подается для формования на нижний вал прокатной машины. Лента формуется между валами различных диаметров: верх­ний прокатный вал малого диаметра, а нижний вал — большого диаметра. Соотношение диаметров прокатных валов от 1:3 до 1:10. Указанное соотношение диаметра прокатных валов и их несоосность позволяют образовать между валами углубление — воронку, в которую непре­рывным потоком поступает расплавленная стекломасса. Разработка составов шлакоситалла с улучшенными фор­мовочными свойствами дала возможность улучшить узел питайия прокатной машины.

Был внедрен лотковый питатель, представляющий собой металлический кожух с внутренней кварцевой фу­теровкой. Лотковый питатель открыл возможность сли­ва стекломассы на прокатную машину не узкой струей, а сплошным потоком шириной 500—1000 мм, что улуч­шило формование ленты.

На рис. 27.4 показан внедренный в производство ва­риант формования непрерывной ленты шлакоситалла. Регулируемая струя стекломассы 1 с температурой 1200±10°С поступает на нижний вал 2 прокатной ма­шины и распределяется по его длине. В настоящее время освоєна прокатка ленты стекла шириной до 2000 мм и толщиной 5 — 20 мм. Освоенная скорость прокатки лен­ты стекла толщиной 8— 10 мм составляет 50 — 70 <м/ч.

При производстве прессованных плит для дозировки и подачи стекломассы на формование используется струйный питатель, выполненный на основе механичес­кого питателя ПМ-12. Стекломасса из ванной печи не­прерывно поступает к очку питателя, протекая через обо­греваемый канал. Стекломассу дозируют при помощи отсекателя, в качестве которого используется водоохлаж - даемый металлический лоток, установленный стационар­но. Плиты формуют на восьмипозиционных прессах АПП. На первой позиции форма заполняется стекломассой, а на второй вступает в работу прессовый механизм; на третьей — пятой позициях отпрессованные плитки ох­лаждаются, на шестой позиции они выталкиваются из формы. Общий цикл прессования составляет 28 — 60 с в зависимости от размера плитки.

Кристаллизация, После прокатки непрерывно движу­щаяся лента стекла 3 поступает в кристаллизатор 5, ко­торый представляет собой туннельную печь с роликовым конвейером в виде роликов 4, охлаждаемых водой. От­личительная особенность печи — применение газового факельного прямого отопления, подведенного с обеих

Сторон к печи определенно расположенными влетами. В разработанной конструкции печи надежно устанавли­вается и поддерживается температурный режим, необ­ходимый для кристаллизации.

Для осуществления термообработки прессованных плит разработана конструкция печи-кристаллизатора, подом которой являются подвижные двухъярусные ва­гонетки, футерованные легковесным шамотом. Разрабо­танная конструкция обеспечивает стабильность темпера­турного режима на обоих ярусах вагонетки.

ПРИМЕНЕНИЕ

Шлакоситаллы применяют во многих областях на­родного хозяйства. Листовой шлакоситалл использует­ся в строительстве, химической, горнорудной, электротех­нической и других отраслях промышленности.

Высокая прочность, хорошая стойкость к температур­ным перепадам дают возможность шлакоситаллам кон­курировать с такими строительными материалами, как облицовочная керамика, гранит, мрамор и др. Высокая химическая устойчивость шлакоситаллов позволяет при­менять их в качестве материала, пригодного для эксплу­атации в агрессивных средах: кислотах, щелочах, вод­ных растворах различных солей взамен кислотоупорной керамики и плит из каменного литья. Важное свойство шлакоситалла — высокая сопротивляемость механическо­му истиранию, позволяющая использовать его в качест­ве износостойкого материала.

В настоящее время определены следующие основные области применения шлакоситалла в строительстве и других отраслях промышленности: наружная облицовка цоколей, стеновых панелей жилых домов, общественных и промышленных зданий; внутренняя защитно-декора­тивная облицовка стен, перегородок промышленных зда­ний и сооружений; покрытие полов в промышленных зда­ниях и сооружениях, а также в зданиях гражданского строительства; защита строительных конструкций и обо­рудования от воздействия агрессивных сред и повышенно­го износа; футеровка желобов, лотков, бункеров, эста­кад и других сооружений в химической, угольной, коксо­химической, горнодобывающей и других видах про­мышленности.

[1] Гл. 1 и п. 3.5 написаны каид. техн. наук JI. А. Орловой; гл. 13 — Д - Б. Кантором, п. 18.2 —канд. техн. наук О. В. Воробьевой.

1* 3

[2]

О m

О 55

[3] Для стекол, содержащих К2О и ШгО.

[4] Значение арьо -107=130 относится к стеклам, содержащим менее 3 мол. % щелочных оксидов. При содержании MejO>3 мол. % значение apbo-107 дается формулой арьо • 10' = 130 + 5 (Ме20 — 3).

[5] Приведенные значения даны для стекол, содержащих 44—80 мол. % Si02. Значение ав 0 -107 рассчитывают по формуле

«во -10' = + 12,5(4 — W) — 50, если ¥<4. 2 ' Прн Y > 4 аці0> • 10* = — 50.

Здесь коэффициент

(NaaO + К20 + BaO) +0,7 (СаО + Sr О + PbO) + т --------------------

В203

+ 0,3 (LiaQ + MgO + ZnO) — А120з В203

Где Na20, СаО и т. д. — молярное содержание компонента в стекле.

[6] Это одна из теорий, раскрывающих механизм окрашивания се­ленового рубина.

[7] Тепловым напряжением называют количество теплоты, выде­ленное за 1 ч иад площадью печи, равной 1 м2; оио измеряется в Вт/м2. Тепловое напряжение в зоие варки иитеисивио работающих

[8] Дендриты тридимита и кристобалита различаются по углу на­клона ветвей к стволу дендрита: у тридимита он составляет 60°, у кристобалита — 90". Кроме того, тридимит часто имеет форму не­правильных пластин (рис. 8.4).

[9] to ' со ^f со со" <м" f-T о" с<Г — in th СП со in ' ' ю" оо <м"