Производство минеральной ваты

Перечисленные недостатки рыхлой минеральной ваты в значительной степени устраняются при изготовлении из нее изделий [4]. 
 
 
 
 
 

3 РАСЧЕТ СОСТАВА ШИХТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ 
 

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:

• методом составления и решения системы алгебраических уравнений;
• методом последовательного приближения.

 

1. 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 X и У, выражающими количество составных частей шихты.

     Одно  из уравнений имеет вид:

     Х·У=1, а другое уравнение представляет собой выражение модуля кислотности: 

       

     где Si0₂, Al₂O₃, CaO и МgO – содержание соответствующих оксидов в первом (основном) компоненте шихты, %;

     SiO₂, Al₂O₃, СaО" и МgО" – содержание тех же оксидов во втором компоненте шихты, %;

     М_k – величина заданного модуля кислотности.

     Решая уравнения относительного X 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 подученного в результате расчета не должно превышать 5 %. 

     

2. Метод последовательного  приближения

 

     Этот  метод состоит в том, что, задаваясь  содержанием какого-либо одного оксида в получаемой минеральной вате и зная содержание этого оксида в составе сырьевых материалов, в порядке определенной очередности находят количество отдельных частей шихты. Таким составляющим обычно является один из оксидов, определяющий величину модуля кислотности, чаще всего SiO₂.

      Из двух видов сырьевых материалов, составляющих шихту, один считают основным, а другой - дополнительным корректирующим, количество которого выражают через X. Далее задаются оптимальным содержанием SiO₂ в расплаве (а). Зная процентное содержание SiO₂ в основном (б) и дополнительном сырье (в), составляют уравнение:

     а = в +X (b-б)

     откуда  определяют

     X = (a-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 оксидов в составе шихты, как показано на следующем примере.

     Пусть содержание SiO₂ в основном и дополнительном видах сырья будет n и m (%), тогда содержание можно выразить равенством, %:

     в составе шихты

     

SiO₂=n(1-X)+mX

     Так же находят содержание и других оксидов, определяющих модуль кислотности, т.е. Al₂O₃, CaO, MgO.

     Подставляя  найденные значения в этих четырех  оксидов 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 SiO₂ в составе шихты и повторяют расчет. При излишне высоком значении М_k для повторного расчета принимают меньшее содержание SiO₂, а при недостаточной величине М_k берут меньшее содержание СаО в составе шихты. 

     

3. Расчет  шихты

 

Требуется определить расход сырьевых материалов для получения 1 т минеральной  ваты при следующих исходных данных для расчета:

заданный  модуль кислотности расплава M_k=1,45;

основное  сырье – доменный шлак;

дополнительное  сырье – кирпичная глина;

влажность доменого шлака – 8 %;

влажность кирп. глины – 2 %; 

Таблица 3.1 – Химический состав сырья

 
     

1. Метод составления и решения уравнений

 

Обозначая через X содержание в шихте доменного  шлака, а через У – гранита, составляем два уравнения:

X +У= 1; 

Систему уравнений решаем методом исключения одного неизвестного:

X = 1–У.

Подставляя значение X, выраженное через У , во второе уравнение, имеем одно уравнение с другим неизвестным:

 

Решая это  уравнение относительно У, получаем его значение. В данном случае У=0.178, тогда X=1–0.178=0,822. Округляя полученные величины до сотых долей получаем X=0,0.82, а У=0,178, т.е. шихта состоит из 17,8 % боя и 82% шлака (по массе). После этого уточняем величину модуля кислотности, которым будет характеризоваться расплав, полученный из шихты рассчитанного состава. Для этого умножаем количество оксидов исходных компонентов шихты на значение X и У, определяя таким образом количества соответствующих оксидов, вносимых в расплав шлаком и гранитом. По результатам расчета составляем табл. 4.2 содержания оксидов в расплаве. Подставляя значения SiO₂, Al₂O₃, СаО и МgО, содержащихся по расчету в шихте (см. табл. 1.2), в формулу для определения модуля кислотности, уточняем значение его величины:

Ошибка! Ошибка внедренного объекта. 

Следовательно, рассчитанный состав шихты удовлетворяет  условию получения расплава с  M_к=1,45. 
 

Таблица 4.2 – Содержание оксидов в расплаве 

 
 
 
 
 

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 оксида SiO₂ равным 50 %. Тогда, исходя из данных табл. 4.1, имеем:

• у = (а-б) / (в-б) = (50-29,6)/(76,4-29,6) = 0,436
 


где у  – количество гранита, добавляемого в шихту в долях единицы;

а –  заданное содержание принятого оксида (SiO₂)в составе шихты, %;

б –  содержание принятого оксида в шлаке, %;

в –  содержание принятого оксида в керамической глине, %. 


Следовательно, 1 весовая часть шихты будет состоять из 0,564 весовых частей шлака и 0,436 весовых частей керамической глины.

В такой  шихте будет содержаться, масс, доля:

SiO₂ = (0,564·29,6+0,436·76,4) = 50,01

Al₂O₃ = (0,564·15,9+0,436·8,4) = 12,63

CaO = (0,564·34,9+0,436·2,1) = 20,60

MgO = (0,564·9,2 +0,436·1,1) = 5,67

При таком  процентном соотношении оксидов  модуль кислотности шихты

Полученное  значение модуля кислотности шихты  несколько превышает заданное. С  целью некоторого уменьшения значения этого модуля необходимо провести дополнительный расчет. Увеличим содержание в составе шихты оксида кремния на некоторую величину и примем его равным 67,98%. Такое содержание керамической глины в шихте в долях единицы: 


х = (а-б) / (в-б) = (67,98-29,60)/(76,4-29,60) = 0.82, 


то есть шихта состоит из 82%шлака и 18% керамической глины.  


В такой  шихте будет содержаться, масс, доля: 


SiO₂ = (0,82·29,60+0,18·76,4) = 38,02

Al₂O₃ = (0,82·15,9+0,18·8,4) = 14.55

CaO = (0,82·34,9+0,18·2,1) = 28,99

MgO = (0,82·9,2 +0,18·1,1) = 7,75 


При таком  процентном соотношении оксидов  модуль кислотности шихты

 


Сравнивая метод последовательного  приближения ( =1.45) и метод составления и решения уравнения ( =1,44), можно сделать вывод, что с помощью обоих методов можно достаточно точно определить модуль кислотности шихты и содержание необходимых оксидов в расплаве при довольно незначительных погрешностях в вычислении. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


4  РАСЧЕТ МИНЕРАЛЬНОГО  БАЛАНСА 


Таким образом, расчет шихты, произведенный обоими методами, позволил установить, что шихта должна состоять из 82% доменного шлака данного химического состава и 18% керамической глины.

Следовательно, для получения 1 т минеральной  ваты без учета влажности сырьевых материалов и производственных потерь расход компонентов шихты составляет, кг:

• доменного шлака – 820
• керамической глины– 180;

Введя поправку на влажность, получим:

• расход доменного шлака – 820 · 1,08 = 885,6 кг
• расход кирпичного боя– 180 · 1,02 = 183,6 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 глины - 20%. Тогда практический расход материалов в естественном состоянии на 1 т минеральной ваты составляет:

• мартеновского шлака –885,6 · 1,28 = 1133,6 кг;
• кирпичного боя – 183,6 · 1,2 = 220,32 кг.

Результаты  проведенной работы рекомендуется  записывать по следующей форме (табл. 4.1) 


Таблица 4.1 – Расход сырья для производства минеральной ваты заданного модуля кислотности

Наименование  сырьевых материалов	Расход сырья  на 15 т без учета влажности  и произведенных потерь	Влажность сырья, %	Производственные  потери %	Практический расход  на 15 т
Доменный Шлак	820	8	28	1133,6
Кирп. глина	180	2	20	220,32

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


5 НАЗНАЧЕНИЕ МИНЕРАЛЬНОЙ  ВАТЫ И ИЗДЕЛИЯ  НА ЕЕ ОСНОВЕ 


     В индустриальном строительстве изделия  из минеральной ваты применяют главным  образом в качестве тепло– и звукоизолирующих материалов. Для теплоизоляции ограждающих  конструкций используют полужесткие и жесткие плиты на синтетическом связующем. Теплоизоляцию покрытий в промышленных зданиях организуют с применением твердых плит и плит повышенной жесткости, позволяющих обходиться при производстве кровельных работ без цементной стяжки. Изделия типа шнуров и жгутов из минеральной ваты.

     Область применения декоративно-акустических плит типа «Акмигран» – звукоизоляция  и эстетическое оформление интерьеров в общественных и промышленных зданиях  с относительной влажностью не более 70%. Для тепло– и звукоизоляции промышленного и энергетического оборудования в широких масштабах применяют минераловатный войлок и маты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты, обкладочные бруски и пр.

     Условия эксплуатации минераловатных теплоизоляционных  материалов должны исключить их увлажнение и свободную циркуляцию через их толщу воздуха, так как в этом случае резко ухудшаются их теплоизолирующие свойства. Нагрузка на изделия из минеральной ваты не должна превышать допустимой, в противном случае изделие деформируется, уплотняется и не отвечает в полной мере своему прямому функциональному назначению. Температура применения минеральной ваты, получаемой из рядового сырья, 600…700°С. Температура эксплуатации минераловатных изделий зависит от типа волокна, используемого связующего, технологии получения и составляет: для изделий на битумном связующем – 60…70°С, при обкладке техническим картоном – до 100°С; на синтетическом связующем – 250…350°С; на крахмальном связующем – до 400°С; для жгутов и шнуров – до 600°С.

     Высокие технико-экономические показатели минеральной ваты и изделий на ее основе – хорошие тепло– и звукоизолирующие характеристики, относительно несложная технология, распространенность сырья, невысокая себестоимость – обусловливают ее широчайшее внедрение в различные области народного хозяйства.

     По  данным ВНИИТеплоизоляция, выпуск минеральной  ваты и минераловатных изделий составляет в настоящее время более 14,5 млн. м³/год, т.е. около 56% всех выпускаемых в стране теплоизоляционных материалов, и цифра эта будет неуклонно расти.

     В связи с развитием производства и применения в строительстве легких ограждающих конструкций освоен выпуск новых эффективных тепло– и звукоизоляционных минераловатных материалов:

• минеральных плит повышенной жесткости, изготовленных различными способами, плотностью 175…250 кг/м³, прочностью на сжатие 0,04 МПа и выше при 10%-й линейной деформации, предназначенных для утепления плоских железобетонных покрытий под рулонную кровлю без стяжек, плоских покрытий из стального профилированного настила;
• твердых минераловатных плит плотностью 250…300 кг/м³ и прочностью 0,05…1 МПа при 10%-й линейной деформации для утепления покрытий по стальному профилированному настилу и для полистовой сборки стен промышленных зданий;
• армированных самонесущих минераловатных плит плотностью 150 кг/м³ для утепления скатных покрытий из профилированных асбоцементных, стальных, алюминиевых листов.
 
     
1. Виды  теплоизоляционных  изделий из минеральной  ваты
 


В зависимости  от вида и степени обработки минеральной  ваты теплоизоляционные изделия  на ее основе делятся на: сыпучие материалы – гранулированная минеральная вата; гибкие рулонные изделия – маты прошивные, маты на синтетическом связующем (минераловатный войлок); шнуровые материалы – жгуты (шнуры); жесткие штучные изделия – плиты, скорлупы, оболочки, сегменты на органическом и неорганическом связующем.

Даже  простейшая обработка минеральной  ваты – грануляция – значительно  улучшает ее основные эксплуатационные качества: уменьшает количество корольков, снижает среднюю плотность, повышает упругость. Появляется возможность частично механизировать укладку ее в дело, например с помощью пневмотранспорта. Тем не менее, ей присущи многие недостатки "сырой" минеральной ваты.

Гибкие  рулонные прошивные маты с нескрепленными или частично скрепленными между  собой волокнами ваты посредством связующего изготавливают заключением минераловатного ковра в гибкую оболочку (водостойкую бумагу, ткань, сетку, полиэтиленовую пленку, алюминиевую фольгу и т. п.) с последующей прошив-их нитями, шпагатом, проволокой и пр.

Гибкие  рулонные непрошивные маты (войлока) изготавливают скреплением волокон между собой с помощью связующего.

Гибкие  шнуры получают набивкой минеральной  ваты в оплетку из металлической  проволоки, хлопковых или синтетических  нитей.

Все остальные  виды минераловатной продукции изготавливают с применением связующего, от вида и количества которого зависит степень жесткости и механическая прочность получаемых изделий. 
 
 
 
 
 


       
 


      6 КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА  МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ  И ИЗДЕЛИЙ 


     Контроль  производства минеральной ваты включает в себя:

• входной контроль качества и соответствие требованиям стандартов сырьевых материалов;
• контроль технологического процесса переработки сырьевых материалов в минеральное волокно и изделие из него;
• контроль качества и соответствие показателей качества продукции требованиям нормативным документам к минеральной вате и изделий из нее.

      Что касается производства минеральной  ваты во время входного контроля оценивается  качество шлакового щебня согласно ГОСТ18866-81 и дополнительного компонента с горных пород или искусственных силикатных материалов по методике ДСТУ Б В.2.7-42-97, ДСТУ Б В.2.7-71-98 (ГОСТ 8269-97).

      Результаты  испытаний сравнивается с требованиями стандарта относительно изделия, для  прошивных матов ДСТУ Б В.2.7-98-2000 (ГОСТ 21880-94).

Контроль технологического процесса переработки сырья на теплоизоляционный материал или изделие из него осуществляется в соответствии с регламентом и нормативов, указанных в технологической карте.

Выходной  контроль с приемом и сертификацией  готовой продукции согласно приведенного примера осуществляется лабораторией и отделом технического контроля за методами ДСТУ Б В.2.7-38-95 (ГОСТ 17177-94).

На заводе ссылаютя на  требования действующих  стандартов по приему, упаковка, складирование, хранение, транспортировку и поставки пользователям готовой продукции по ГОСТ 25880-83 и ГОСТ 26281-84. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


ЛИТЕРАТУРА 


1.  Горлов  Ю.П. Технология теплоизоляционных  и акустических материалов и  изделий. – М.: Высш. шк., 1989. – 383 с.

2. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов. – М.: Стройиздат, 1980. – 399 с.
3. ДСТУ Б В.2.7-38-95 (ГОСТ 17177-94). Будівельні матеріали. Матеріали і вироби будівельні теплоізоляційні. Методи випробувань.
4. ДСТУ Б В.2.7-40-95 (ГОСТ 30256-94). Будівельні матеріали. Матеріали і вироби будівельні. Метод визначення теплопровідності циліндричним зондом.
5. ДСТУ Б В.2.7-42-97. Матеріали і вироби будівельні. Методи визначення водопоглинання, густини і морозостійкості будівельних матеріалів і виробів.
6. ДСТУ Б В.2.7-94-2000 (ГОСТ 4640-93). Будівельні матеріали. Вата мінеральна. Технічні умови.
7. ДСТУ Б В.2.7-98-2000 (ГОСТ 21880-94). Мати прошивні з мінеральної вати теплоізоляційні. Технічні умови.
8. ГОСТ 8.136-74. ГСИ. Прессы гидравлические для испытаний строительных материалов. Методы и средства поверки.
9. ГОСТ 9572-96. Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные.
10. ГОСТ 10140-2003. Плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на битумном связующем. Технические условия.
11. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний.
12. ГОСТ 16381-77. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования.
13. ГОСТ 21880-94. Маты прошивные из минеральной ваты теплоизоляционные. Технические условия.
14. ГОСТ 18866-81. Щебень из доменного шлака для производства минеральной ваты. Технические условия.
15. ГОСТ 26281-84. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Правила приемки.