28.Силикатные расплавы для получения минваты. Основные свойства силикатных расплавов. Влияние химического состава на свойства.

Искусственное минеральное волокно получают из жидких силикатных расплавов. Производство такого волокна обычно состоит из 2 основных технологических процессов: а) получение силикатного расплава и; б) превращение этого расплава в волокно. Иногда используют готовые расплавы: огненно-жидкие шлаки металлургических печей.

Свойства: а) Вязкость - одно из основных свойств силикатных расплавов. При повышении температуры вязкость силикатных расплавов понижается в следствии усиления броуновского движения, ослабления и разрыва связей между структурными группами и распада ассоциаций; охлаждение расплавов обратные изменения. Характер изменения вязкости расплавов характеризуется их составом. По характеру изменения вязкости различают короткие и длинные расплавы. Для длинных характерен большой интервал вязкости, т.е. большая разница температур жидкотекучего состояния и перехода в хрупкое состояние. Короткие расплавы имеют малый интервал температур, т.е. кроткий интервал вязкости. Лучше применять длинные расплавы;

б) Поверхностные натяженияσ,Н/м, называют работу, которую необходимо затратить на образование единицы новой поверхности в плоскости раздела двух фаз при постоянной температуре. Характеризуется интенсивностью межмолекулярных сил в расплаве. Влияет изменения поверхностного слоя, поэтому сопровождается изменение поверхностного натяжения. В интервале от 10 до 25 Н/м(600…750°С.).

в) Кристаллическая способность-способность расплавов образовывать кристаллическую структуру при охлаждении. Выбирается сырье с низкой кристаллизационной способностью.

Влияние хим.состава: SiO2 - повышает вязкость сил расплавов и их химическую стойкость волокон в любых средах; удлиняет интервал вязкости; снижает кристаллизационную способность расплавов.;

Al₂O₃-повыш.вязкость и поверхностное натяжение, прочность и модуль упругости волокон, устойчивость к воде, кислото- и температуроустойчивость.;

Fe₂O₃-снижает вязкость, повышает поверхностное натяжение и хим.устойчивостьволокон.;

CaO, MgO-при высоких температурах понижают вязкость, повышают склонность к кристаллизации.;

TiO₂-улучшают химическую стойкость ко всем средам, является хорошим плавнем, снижает вязкость, повышает стойкость к кристаллизации.;

B₂O₃-сильное флюсующее действие, уменьшает поверхностное натяжение и температуру верхнего пределе кристаллизации, увеличивает длину волокна, устойчивость волокон к воде повышает, понижает устойчивость к кислотам и щелочам;

FeO-снижает вязкость, повышет поверхностное натяжение, снижает начальную температуру разрушение волокон;

MnO-увеличивает химическую стойкость, снижает вязкость и склонность к кристаллизации.;

Na₂O, K₂O, LiO-являются плавнями и снижают склонность к кристаллизации, уменьшают стойкость к воде, повышение содержания K₂Oуменьшает поверхностное натяжение расплава.

29.Физико-химические основы получения силикатных расплавов. Печи для получения силикатных расплавов.

Физ-Хим основы - При производстве искусственного минерального волокна основными технологическими процессами являются: получение силикатного расплава из горных пород и шлаков, применяемых для производства волокна; превращение этого расплава в волокна. Большинство силикатных систем может быть получено в кристаллическом, жидком и стеклообразном состояниях. Микроскопическое исследование искусственных минеральных волокон показывает, что они прозрачны, изотропны и не содержат кристаллов, т. е. представляют собой стекло. Стеклом называются аморфные вещества, получаемые при переохлаждении и затвердевании расплавов. В противоположность расплавам кристаллических тел, расплавы стекол затвердевают, не кристаллизуясь и без выделения скрытой теплоты кристаллизации. Процесс превращения жидкого вещества в стеклообразное является обратимым. При охлаждении стекловидных веществ их температура непрерывно понижается, вязкость же постепенно возрастает до такой величины, при которой стекла приобретают механические свойства твердых тел. Если стекло нагревать, то оно так же постепенно будет размягчаться, переходя сначала в пластичное состояние, а потом в расплав. Такие расплавы в жидком и вязком состояниях способны кристаллизоваться. Склонность стекла к кристаллизации зависит от его химического состава и температуры. Кристаллизация может начаться, когда накопится большое число одноименных окислов, силикатов и других соединений и они, расположатся в определенном порядке. Кристаллизация стекла приводит к потере им основных свойств: прозрачности, твердости и прочности. Так как минеральное волокно представляет собой стекло, то и оно при определенных условиях может кристаллизоваться. При кристаллизации минеральное волокно теряет прочность и эластичность, т. е. разрушается. При изоляции горячих поверхностей, печей, паропроводов длительное воздействие высокой температуры может привести к кристаллизации минерального волокна в определенном температурном интервале. Минеральное волокно, склонное к кристаллизации, является менее температуростойким. Кристаллизационная способность минерального волокна зависит от химического состава и усиливается по мере перехода от кислых составов к основным. Свойства силикатных расплавов, применяемых для производства минерального волокна. Свойства минерального волокна (объемный вес, теплопроводность и др.) определяются его диаметром. Диаметр волокна зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются вязкость и поверхностное натяжение расплава.

Печи-1)Вагранка - представляет собой противоточную шахтную печь.

Внутренний d=1000,1250,1400мм.Высота=2,5…7,0м.Топливо и сырье загружают через загрузочное отверстие сверху печи. Твердое кусковое сырье размером частиц 20…40мм. Состоит из операций:1-сушка,2-дегидратаций и декарбонизаций, 3-плавление, 4-гимигенизация расплава. Отличается – шихтовый столб, включая сырьевые и коксовые калоши, имеет достаточную газопроницаемость и обеспечивает быстрый нагрев шихты и получение расплава необходимой вязкости. Технология: Твердое сырье дробят до 20-40мм (щековая дробилка), далее сырье твердое и отходы (менее 20мм) поступают на виброгрохот, затем в расходный бункер. В это время кокс поступает на виброгрохот, затем в расходный бункер, все компоненты загружают в печь (скиповый подъемник, ленточный конвейер), затем в вагранку, гомогенизация, выдача расплава.

2)Ванная печь - представляет собой бассейн, дно выложено огнеупорным шамотными брусьями. Сырье загружают через загрузочные карманы в боковых стенках печи. Размер частиц сырье 2..5мм. Печь устанавливается на металлические колонны, в качестве теплоносителя используют газ или мазут, который сжигают в горелках, расположенных в задней торцевой стены печи. Для наддува используют воздух, подогреваемый в регенераторах или рекуператорах. В отличие от вагранки расплав вытекает с рабочей вязкостью 2,5Па·с.

Глубины ванны для получения минволокна=400мм,стеловоловна=от 800мм.

3)Электрические печи - позволяют получать температуру расплава выше 1750°С.Такая температура может получаться за счет электрической дуги, применения электромагнитной индукции или создания низкотемпературной плазмы. По опытным данным в вагранке получают-3,3-6,0;в ванных-3,15-3,6;электродуговой печи-12,7;газоплавльный агрегат-2,29-22,84кг расплава при затрате 1кг топлива. Производительность вагранок-2,0…2,5т/ч по расплаву; ванные печи-1,6…2,5 т/ч; электропечей-до 5 т/ч; печей базальтового производства- от 200 кг/сут до 200 кг/ч.