CC BY
12
УДК 658:699.86:666.7
А. А. ГОНЧАРЕНКО (ДИИТ)
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА «HEATISOL-2» НА ОСНОВЕ СТЕКЛОБОЯ И ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Викладено концептуальний шдх1д до оргашзацп виробництва та технологи отримання тепло1золяцшного матер1лу «Heatisol-2». Наведено ввдомосп про отриманий тепло1золяцшний матер1ал.
Изложен концептуальный подход к организации производства и технологии получения теплоизоляционного материала «Heatisol-2». Приводятся сведения о полученном теплоизоляционном материале.
This article describes conceptional approach to the organization of production and manufacturing technique of the insulative material «Heatisol-2» and gives general information on the new material.
Рациональное применение отходов промышленности в производстве теплоизоляционных материалов позволяет не только снизить их себестоимость, но и получить изделия с хорошими эксплуатационными свойствами.
Улучшение теплоизоляционных свойств материалов позволяет снизить объем высокотемпературной теплоизоляции, теплопотерю через изоляцию, а использование в их производстве техногенных продуктов промышленности -снизить энергозатраты на подготовку сырья и содействует охране окружающей среды.
Основой разработанного материала является бой листового стекла, пыль газоочистки ферросилиция (ПГПФ) и пыль газоочистки производства металлического марганца (ПГПММ).
В настоящее время на многих ферросплавных заводах внедрены эффективные установки для очистки промышленных выбросов. Ежегодно только на одном заводе ими улавливается более 50 тыс. м3 пыли различного химического состава. Следует отметить, что с экологической точки зрения стекло считается наиболее трудноутилизи-руемым отходом. Оно не подвергается разрушениям под воздействием воды, атмосферы, солнечной радиации. Кроме того, стекло - это коррозийно-стойкий материал, который не разрушается под воздействием подавляющего количества сильных и слабых органических, минеральных и биокислот, солей, а также бактерий. Поэтому если органические отходы полностью разлагаются уже через 1-3 года, полимерные материалы - через 5-20 лет, то стекло способно сохраняться без особых разрушений десятки и даже сотни лет.
Из этого следует, что применение стеклобоя и пылей газоочистки сопровождаются такими факторами как экономичность, экологичность и эффективность[1; 2].
Способом производства материала «Неай8о1-2», обеспечивающим получение равномерной струк-
туры, является порошковый способ. По этому способу шихту составляют из 95... 99 стекольного порошка с примесями и 5.1 частей пенообразователя. В качестве последнего применяют вещества, разлагающиеся при нагревании смеси с выделением газовой фазы. При дальнейшем нагревании массы начинается разложение пенообразователя. Выделяющиеся газы образуют в стекломассе поры, диаметр которых постепенно возрастает, что и приводит к значительному объему стекломассы [3; 4].
В качестве основного сырья применялся порошок листового оконного стекла состава, %: 8Ю2 - 72,9; А1203 - 1,57; Бе203 - 0,29; СаО -8,79; МеО - 2,2; №20 - 15,15.
К числу основных требований к химическому составу стекла следует отнести его кристаллизационные и вязкостные характеристики. Устойчивость стекла к кристаллизации в температурном интервале вспенивания необходима для получения теплоизоляционного материала с замкнутой и однородной структурой, поскольку в ходе процесса кристаллизации изменяется состав стекловидной фазы и в ее легкоплавкой менее вязкой фазе возрастает возможность образования каналов в стенках ячеек теплоизоляционного материала или пенообразование прекращается полностью. Поскольку присутствие внутренних поверхностей (границ зерен) оказывает каталитическое влияние на образование центров новой фазы [5], то рентгенографический анализ целесообразно проводить на образцах стекла, измельченных до тонины пено-образующих шихт и подвергнутых термообработке при температуре вспенивания. Проводились испытания порошка стекла с удельной поверхностью 6000 см2/г. Результаты, полученные при нагревании этого порошка в течение 2 часов в лабораторной муфельной печи, приведены в таблице.
Таблица
Спекание порошка стекла с удельной поверхностью 6000 см2/г
Температура, °С Вязкость стекла, пз Состояние стекла после двухчасового нагревания
< 560 > 1011 Свободный порошок
560.630 1011 - 8-108 Прогрессирующее спекание
630 8 -108 Появляется жидкая стеклообразная фаза
630.670 8-108 - 8-107 Прогрессирующее стеклообразование
670 8 -107 Заглушенное стекло с блестящей поверхностью, пронизанное мелкими пузырьками воздуха
>670 <8-107 Постепенное осветление и превращение в прозрачное стекло
Для получения материалов «Неай8о1-2» и «Неай8о1-2» нами использовались такие пенообразователи - кокс, технический углерод и пиролюзит. Как правило, температура разложения пенообразователя должна быть на 150...200 °С выше температуры размягчения стекла. Исходя из этого и рассмотрев термограммы этих и других пенообразователей мы пришли к выводу о том, что использование известняка в качестве пенообразователя будет способствовать достижению лучших резуль-1000
900
татов, так как эндотермические эффекты, наблюдающиеся при нагревании шихты, содержащей известняк, в интервале 600.800 °С протекают реакции силикатообразования.
На термограмме известняка эндотермический тепловой эффект отмечается при 875 °С и особенно заметен в интервале 910.950 °С (рисунок). По данным различных авторов упругость диссоциации углекислого кальция достигает 760 мм. рт. ст. при 910.925 °С. В нашем случае диссоциация начинается при 875 °С.
и &
&
&
и С
800
700
600
500
400
у
3... г
2. *
шаг
70 80 90 1 00 110 1 20 1 30 Время, мин
140 150 160 170
Рис. Термограммы известняка и шихты с известняком:
1 - шихта с известняком; 2 - известняк; 3 - эталон (шихта материала «НеаЙ8о1-2»)
На термограмме шихты с известняком участки эндотермических эффектов сдвинуты в сторону более низких температур. Заметные отклонения от кривой нагрева эталона наблюдаются при 795.818 °С, т. е. почти на 100 °С температуры разложения известняка. Менее заметный термический эффект мы наблюдаем при 560.575 °С.
Эндотермические эффекты, можно объяснить тем, что протекают реакции силикатооб-разования. Начало взаимодействия между
8102 и СаСОз относят к температуре 600 °С. При 800 °С реакции взаимодействия между 8102, СаС03 и №2С03 становятся более интенсивными.
Тепловые эффекты термограмм шихты наблюдается в температурной области следующих реакций:
СаС03 + 8102 = Сай03 + С02; Ш2С03 + СаС03 = Са№2 (С03 )2 ;
СаШ2 (С03 )2 + 28Ю2 =
= Са8Ю3 + №28Ю3 + 2С02.
В результате этих реакций известняк в присутствии порошка стекла разлагается при температуре ниже 900 °С, а именно - при 795 .818 °С, начиная примерно с 600 °С, что позволяет соблюдать требования к вязкостным свойствам стекла и ограничения максимальной температуры на уровне 900 °С с целью эффективной эксплуатации жаростойких стальных форм и экономии электроэнергии.
ПГПФ включает в основном аморфный диоксид кремния (75.90 %) и незначительное количество оксида железа (4.8 %), а ее удельная поверхность составляет 20 000. 25 000 см2/г. ПГПММ содержит в своем составе в основном карбонат марганца, а также окислы кальция и кремния. Его удельная поверхность - 10 000.15 000 см2/г [6].
В процессе нагрева аморфный кремнезем в ПГПФ при 800 °С переходит в кристобалит, а малотермостабильный карбонат марганца в интервале температур 300.740 °С разлагается с выделением С02 и образованием Мп0. Поэтому введение пылей газоочистки должно приводить к повышению прочности материала при нагревании более 300 °С за счет упрочнения контактных зон между частицами шихты, вследствие образовании связей электростатической природы.
Благодаря оптимизации состава теплоизоляционного материала «Неай8о1-2», путем подбора пенообразователя и введениея пылей газоочистки ПГПФ в количестве 1.5 % и ПГПММ - 1.2 % нами были достигнуты такие результаты, а именно - повышение прочности на 20%, снижение коэффициента теплопроводности на 2 %, при объемном весе материала 280.350 кг/м3.
Таким образом, полученные результаты позволяют расширить применение теплоизоляционного материала «Неай8о1-2» в развитии строительства и железнодорожного транспорта, учитывая все его признаки: качественные (теплопроводность, водопоглощение, теплопроводность), эксплуатационные (транспортабельность, складирование, монтаж, укладка), экономические (низкая себестоимость) и экологические.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пшинько А. Н. Решение вопросов энерго- и ресурсосбережения путем организации производства и технологии получения теплоизоляционного материала / А. Н. Пшинько, Н. В. Савицкий, С. А. Корецкая и др. // Строительство. Материаловедение. Машиностроение: Сб. науч. тр. - Д.: ПГАСиА, 2003. - Вып. № 25. - С. 29-31.
2. Пшинько А. Н. Использование отходов металлургической промышленности при получении модифицированного теплоизоляционного материала «НеаЙБо! 2» / А. Н. Пшинько, Н. В. Савицкий и др. // Строительство. Материаловедение. Машиностроение: Сб. науч. тр. - Д.: ПГАСиА, 2004. - Вып. № 7-8. - С. 81-85.
3. Китайгородский И. И. Пеностекло / И. И. Китайгородский, Т. Н. Кешишян. - М.: Промст-ройиздат, 1953. - 77 с.
4. Шилл Ф. Пеностекло. - М.: Стройиздат, 1965. -307 с.
5. Пилецкий В. И. Исследование процесса формирования структуры и свойств пеностекла при различных условиях его получения. Канд. дисс. -Минск, 1972. - 176 с.
6. Пшинько А. Н. Решение вопросов энерго- и ресурсосбережения путем организации производства и технологии получения теплоизоляционного материала / А. Н. пшинько, Н. В. Савицкий, С. А. Корецкая и др. // Вестник Днепропетр. нац. ун-та ж.-д. трансп. - Д.: Изд-во Днепропетр. нац. ун-та ж.-д. трансп., 2004. - Вип. 4. - С. 200-202.
Поступила в редколлегию 22.03.2005.
