Вязкость минерального расплава
При вязкости расплава 21…26 см производительность вагранки зависит от крупности кокса, интенсивности горения кокса, температуры его горения, объема и температуры дутьевого воздуха, минералогического и вещественного состава шихты, газопроницаемости слоя шихты.
Вязкость расплава определяют измерением пути, пройденного расплавом в капиллярной трубке вискозиметра до застывания расплава. Не путать взаимно противоположные понятия текучести и вязкости. При определении вязкости необходимо учитывать температуру расплава, которая должна быть на первом лотке после сифона - 1450…1480°С и выше.
Все современные вагранки для получения минерального расплава механизированы и автоматизированы, управление процессом плавления осуществляется с компьютера через программное обеспечение, что требует от персонала ваграночного отделения определенных компьютерных навыков.
Плавление
В вагранке сжигается кокс, при его сжигании выделяется тепло, которое нагревает и плавит сырье. Большинство горных пород плавятся при температуре 1300…1600°С. Вагранка – это система, предназначенная для плавления горных пород базальтовой группы и подшихтовочных материалов. В вагранке происходят химические и термодинамические процессы, плавление горных пород, достигается однородность плавки (гомогенизация расплава). В результате процесса получается расплав, имеющий нормированную вязкость, температуру и поверхностное натяжение.
Исходно вагранки предназначались для выработки чугуна из железной руды. Затем они были усовершенствованы для получения силикатных расплавов. Изменилась сама концепция, основным требованием к процессу стала стабильность выработки расплава в единицу времени. Требование определяется непрерывностью процесса производства теплоизоляционных материалов, четкими требованиями к плотности получаемого продукта и экономической целесообразностью.
Сущность автоматизации управления процессом плавления минеральной шихты в вагранке заключается в поддержании па заданном технологическом уровне нескольких основных параметров плавильного процесса:
1. производительность вагранки,
2. температура вытекающего раствора с учетом минимального расхода кокса.
3. вязкость и интенсивность образования раствора, которые являются функциями от:
а. химического состава раствора;
б. минералогического состава шихты.
Удельный расход кокса определяют, как частное от деления его часового расхода на объем вытекающего раствора.
Температура входящей воды в водяной рубашке должна быть 86…93°С, при более низкой температуре могут создаваться условия для:
- «замораживания» пограничного со стенкой ватержакета слоя шихты;
- дополнительных затрат теплоты кокса;
- образования гарнисажа по периметру вагранки.
Температура отходящей воды может быть в пределах 96…103°С и выше.
Замеры температуры расплава производят на расстоянии 500 мм и более. Температура измеряется на выходе из сифона, с «раздеванием» струи расплава и получением поля для измерения не менее 30 мм по диаметру. Измерение дает точные значения только при отсутствии корки на струе раствора и частиц золы кокса на нем.
Температуру расплава измеряют с помощью пирометров излучения. Сущность метода основана на увеличении интенсивности излучения абсолютно черного тела при повышении температуры.
Производительность вагранки устанавливают периодическим определением дебита расплава по времени наполнения расплавом калиброванного ковша. О производительности вагранки косвенно судят по частоте загрузки дозированных по массе рабочих колош путем пересчета нормированных потерь при волокнообразовании и П.П.П.
Волокнообразование – центрифуга
Рис. 1. Волокнообразование.
Наиболее часто используемый процесс производства минваты – процесс переработки (рис. 1) расплавленной горной породы на многовалковой установке волокнообразования (рис. 2), где расплав превращается в волокно.
Рис. 2. Установка волокнообразования.
Расплавленная горная порода в виде капель/ручейков стекает сквозь холостую колошу кокса, одновременно происходит перемешивание/гомогенизация. Через колено сифона раствор выдается на первый лоток. По каналу второго лотка расплав под действием гравитационной силы падает на 1-е вращающееся колесо центрифуги. Далее передается на следующие три колеса центрифуги. Центрифуга имеет 4 цилиндрических валка, о которым перемещается струя расплава, поступающая из вагранки. С помощью сильного потока воздуха (до 150 км/час), направленного соосно с вращающимися валками центрифуги, капли расплава преобразуются в волокно, которое переносится на паллеты КВО. Образующееся на центрифуге волокно обрабатывается водным раствором органического связующего на основе фенолформальдегидной смолы.
Механизм формирования волокон был описан Айзенкламом. Волокна образуются из пленки расплава на поверхности валков центрифуги. Формирование волокна зависит от инерционных, вязкостных сил и сил поверхностного натяжения, процесс твердения зависит от термодинамических условий и свойств массы расплава.
Качество конечного продукта зависит от структуры волокна и количества неволокнистых включений. Структура волокна характеризуется диаметром волокна, длиной. Материал, не превращенный в минеральное волокно, остается в виде неволокнистых включений («королька»).