CC BY
48
1/2П11 ВЕСТНИК
j/2012_мгсу
КЕРАМОВОЛОКНИСТАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ
CERAMICS-FILAMENT THERMAL INSULATION BASED ON COMPLEX ORGANOMINERAL ADDITIVE
В.Н. Соков, А.Э. Бегляров, В.В. Соков
V. N.Sokov, A.E.Beglyarov, V.V.Sokov
ГОУ ВПО МГСУ
В данной работе рассматривается создание эффективного огнеупорного теплоизоляционного изделия и энергосберегающей технологии его ускоренного производства методом гидротеплосиловой обработки
In workpresented here examines création of effective refractory heat - unsulating goods and energy saving technology of their faster production by method of gidrothermalpower treatment
B настоящее время существует значительное количество различных технологий производства высокотемпературных теплоизоляционных материалов различаемых в зависимости от характеристик сырья, свойств конечной продукции и условий её эксплуатации. Общая технологическая направленность при производстве новых материалов сводится к интенсификации процессов, снижению материалоемкости изделий и энергозатрат, что является одним из главных критериев оценки научно - технического уровня производства.
По мере увеличения объемов производства и расширения ассортимента изделий в последние десятилетия усовершенствованы отдельные технологические переделы и линии. Однако лишь немногие усовершенствования заметно улучшили свойства материала и повысили экономические показатели производства.
Около 85% огнеупорных изделий изготавливают по литьевой технологии в индивидуальных металлических формах на одно изделие. Менее 8% изделий формуют в виде блоков. Технологический цикл сушки исчисляется несколькими сутками. Изделия требуют обрезки и шлифовки, при этом отходы составляют до 60%.
Для реализации энергосберегающих мероприятий необходимо форсировать развитие производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов, снизив их плотность.
В связи с этим поиск, с одной стороны, безотходных и менее материалоемких технологий, а с другой — путей их интенсификации с целью достижения минимально возможного срока сушки и снижения топливно-энергетических затрат является весьма актуальным [11].
С начала нового тысячелетия в российской отрасли производства огнеупоров отмечаются некоторые сдвиги к увеличению объемов производства за счет экстенсивно-
го развития отраслей - потребителей огнеупоров. Но, учитывая значительные проблемы с сырьевой базой и износом устаревшего оборудования эксплуатируемого еще с советских времен, а так же конкуренции со стороны иностранных производителей состояние отрасли можно считать близким к неудовлетворительному. При этом отмечается резкое отставание от технологических и экономических веяний мирового рынка. Поэтому внедрение новых технологий и техническая модернизация производственной базы с целью производства конкурентоспособной продукции сможет остановить спад в отечественном производстве[5].
Применяемые сейчас в качестве футеровок тепловых агрегатов различные виды монолитных огнеупорных бетонов превосходят штучные огнеупоры. Однако такие их недостатки как большая масса изделий, низкие теплоизоляционные свойства, трудность монтажа и др. постепенно вытесняют их с рынка огнеупоров.
Достойной заменой жаростойким бетонам являются шамотно-волокнистые плиты (ШВП) выпускаемые преимущественно марками 350 и 550. Данные изделия обладают достаточными теплотехническими и механическими показателям. Однако их повсеместное применение сдерживает значительная усадка (как огневая, так и воздушная) и высокая стоимость огнеупорных волокон (как правило, муллито-кремнезёмистых).
Для снижения указанных недостатков ранее нами была предложена идея частичной замены дорогостоящего волокна на лёгкий минеральный заполнитель типа вспученного перлитового песка. При его введении оказалось возможным уменьшить не только вышеуказанные недостатки, но ещё и понизить среднюю плотность изделия с 350 до 280 кг/м3 , что в свою очередь привело к снижению теплопроводности и, соответственно, тепловых потерь.
Указанная работа проводилась в сотрудничестве с ОАО НИЦ «Теплопроект» и на неё имеются положительные отзывы ведущих специалистов в области высокотемпературной теплоизоляции[1].
Тем не менее, известно, что вспученный перлитовый песок обладает значительным водопоглощением и сильной связью с впитанной влагой, что в свою очередь обуславливает увеличение времени сушки и расхода тепловых ресурсов на её осуществ-ление[2,4].
В связи с этим основная цель научной работы - создание энергосберегающей технологии производства изделий с повышенными физико-техническими свойствами и ускоренным процессом изготовления для теплоизоляции высокотемпературных тепловых агрегатов.
В основе работы лежит метод гидротеплосиловой обработки масс, разработанный на кафедре ТОИМ МГСУ и не имеющий аналогов в мировой практике. В качестве специальной уплотняющей добавки принят вспенивающийся полистирол фракции менее 0,5 мм (полистирольная пыль), являющийся отсевом при производстве поропла-стов.
Технология производства создаваемых изделий состоит из следующих переделов. В лопастную мешалку засыпают предварительно подвспененный полистирол, далее загружают распущенное волокно, затем заливают глиняный шликер, образованный из глиняной дисперсии и ПВА эмульсии, после чего добавляют требуемое количество лёгкого минерального заполнителя, заранее гидрофобизорованного, и перемешивают до достижения однородной смеси. Далее в полученную смесь, при непрерывном перемешивании, добавляют такое количество воды, чтобы влажность составляла 40— 50 % . После этого, полученной массой полностью заполняют объем жесткой перфо-
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
рированной формы, закрывают ее крышкой и подвергают электропрогреву. Когда температура смеси достигает 80 °С полистирол начинает вспениваться. В результате развиваемых усилий (0,2—0,3 МПа) из формы удаляется до 70—80 % жидкости, на такой же объем уплотняется система, выштамповывая профиль изделия любой конфигурации. После окончания вспенивания полистирола форму открывают и сырец на поддоне отправляют на сушку, а затем на обжиг[3,6].
Механизм фильтрационного влагопереноса в целом можно описать следующим образом. Усилие расширения полистирола передается и распределяется через прослойки минерального компонента, заполняющего все межзерновое пространство смеси. Под воздействием этого усилия из поровых ячеек и капилляров отжимается свободная вода, способствуя сближению частиц твердой фазы, в результате чего и происходит уплотнение смеси. Однако процесс отжатия воды постепенно прекращается, так как с ростом плотности мембран и сужением каналов растет сопротивление перемещению воды в смеси вплоть до его полного прекращения (при наступлении равновесия между гидростатическим давлением и сопротивлением движению воды) [5].
Большую роль при самоуплотнении масс и фильтрации жидкости сквозь пористую систему играют температурные градиенты, возникающие в объеме изделия во время проведения тепловой обработки.
На рисунке 1 даны изображения опытных образцов разработанных изделий.
Таким образом, при использовании предлагаемой технологии происходит интенсификация производственного процесса и уменьшение энергетических затрат. При самоуплотнении из 1 м3 формовочной массы удаляется до 400 кг воды затворения и экономится до 70 кг условного топлива. Сроки сушки сокращаются с 2—3 суток до нескольких часов. В этом случае отсутствует необходимость создания большого парка металлических форм и использования сушильного отделения[12,13].
Изделия, получаемые по данной технологии, практически лишены усадки, обладают повышенными механическими характеристиками вкупе с низкими теплофизиче-скими показателями. С разработкой данной технологии появилась возможность создания изделий любой конфигурации и объёма в самых сложных участках тепловых агрегатов без привлечения средств механического уплотнения, лишь за счёт использования внутренних потенциальных возможностей полистирола[8,9,10].
Литература
1. Бегляров А.Э., Перлитно - шамотно - волокнистый материал // Сборник трудов научно - техническая конференция, Москва, апрель 2008. с. 111-114
2. Каменецкий С.П. Перлиты. Москва: Госстройиздат,1963. 256 с.
3. Мишин В.М., Соков В.Н. Теоретические и технологические принципы создания теплоизоляционных материалов нового поколения в гидротеплосиловом поле. Москва: Молодая гвардия, 2000. 352 с.
4. Овчаренко Е.Г., Майзель И.Л. Производство вспученного перлита в вертикальных печах // Обзорная информация ЦБНТИ Минмонтажспецстроя. Москва, 1987 , выпуск 1, 123 с.
5. Соков В.Н., Бегляров А.Э., Белоусов С.В. Высокотемпературные т/и материалы, синтезируемые в гидротеплосиловом поле // Сборник научных трудов ИСА МГСУ содержащий материалы «Международной недели строительных материалов», Москва, 28 сентября - 2 октября 2009, с.85-90
6. Соков В.Н., Рамазанов Е.А. Монолитные теплоизоляционные футеровки из самоуплотняющихся масс. Москва: МПА, 1999. 128 с.
7. Соков В.Н., Мишина Г.В. Самоуплотнённый гипсополистиролбетон. Москва: МПА, 1999. 128 с.
8. ГОСТ 17177-81 «Материалы строительные теплоизоляционные. Методы испытаний»
9. ГОСТ 5403-62 «Метод определения линейной усадки»
10. ГОСТ 7875-56 «Огнеупорные изделия. Метод определения термической стойкости»
11. Morris Grenfell Davies. Building Heat Transfer. John Wiley and Sons Ltd. 2004
12. http://teplointeh.com.ua/
13. http://www.bitwood.kiev.ua/
The literature
1.Beglyarov A.E., Perlite - chamotte - filament material // Collection of papers of science-technical conference, Moscow, april, 2008. p. 111-114
2.Kamenezkiy S.P. Perlites. Moscow: Gosstroyizdat,1963. 256 p.
3.Mishin V.M., Sokov V.N. Theoretical and technological principles of creating thermal insulatioi materials of new generation in gidrothermalpower field. Moscow: The young guard, 2000. 352 p.
4.0vcharenko E.G., Maisel I.L. Production of swollen perlite in vertical kilns // Reviewing information CBNTI Minmontagspecstroy. Moscow, 1987 , item 1, 123 p.
5.Sokov V.N., Beglyarov A.E., Belousov S.V. High temperature thermal insulating materials, synthesize in gidrothermalpower field // Collection of science paper of ISA MGSU containing materials of «International week of building goods», Moscow, 28 september - 2 october 2009, p.85-90 6.Sokov V.N., Ramazanov E.A. Massive thermal insulation fettling from self-pressure mass. Moscow: MPA, 1999. 128 p.
7.Sokov V.N., Mishina G.V. Self-pressure gypsum- polystyrene concrete. Moscow: MPA, 1999. 128 p.
8.GOST 17177-81 «Thermal insulating building goods. Methods of testing»
9.GOST 5403-62 «Method of detection linear shrinkage»
10.G0ST 7875-56 «Refractory goods. Method of detection thermic durability»
11.Morris Grenfell Davies. Building Heat Transfer. John Wiley and Sons Ltd. 2004
12.http://teplointeh.com.ua/
13.http://www.bitwood.kiev.ua/
Ключевые слова: муллито-кремнезёмистое волокно, огнеупорная глина, легкий минеральный заполнитель, вспученный перлитовый песок, линейная огневая усадка, метод самоуплотняющихся масс, гидротеплосиловая обработка, высокотемпературные материалы, внутреннее давление
Key words: mullite - siliceous filament, refractory clay, light mineral filler, swolled perlite sand, linear fire shrinkage, method of self-pressure paste, gidrothermalpower treatment, high temperature goods, internal pressure
E-mail авторов: [email protected]. [email protected] Рецензент: И.Я. Киселев доктор технических наук, ученый секретарь НИИСФ
