1.4 Основы технологии производства минеральной ваты

Технология производства минеральной ваты заключается в подготовке сырьевой смеси (измельчение горной породы, шлаков, боя красного или силикатного кирпича и др.), ее расплавлении в вагранке, ванной печи или другом плавильном агрегате и переработке расплава в нити толщиной до 8 мкм, длиной от 5 до 40 мм. Из этих нитей и образуется минеральная вата.

Производство минеральной ваты не зависит от типа плавильного агрегата, а также способа получения волокон и включает следующие основные технологические операции:

- подготовка и загрузка сырьевых материалов в плавильный агрегат;

- плавка сырья, получение расплава в плавильном агрегате;

- переработка расплава в волокно;

- осаждение минеральных волокон ваты;

- формирование минераловатного ковра в камере волокноосаждения;

- тепловая обработка (полимеризация связующего);

- резка ковра и упаковка готовой продукции.

Производство минеральной ваты сводится к получению тончайшего волокна из расплава минеральных пород и скреплению их между собой при помощи связующего.

Смесь из определенных пропорций исходных материалов, применяемая для производства каменной ваты, называется шихтой. Каждое предприятие подбирает для себя свой уникальный состав шихты. Как правило, шихта состоит из двух и более компонентов. Основным условием выбора каждого из компонентов является получение волокна высокого качества с использованием местной природно-сырьевой базы.

После предварительной подготовки (сушка, измельчение) минеральные материалы поступают в камеру дозировки, где и задаются необходимые пропорции компонентов.

После перемешивания готовая шихта поступает в печь, где при температуре около 1500 ºС. происходит ее расплав. Силикатные расплавы получают в вагранках, газовых ванных печах, газоэлектрических и электрических печах. Тип плавильного агрегата определяется видами минерального сырья и энергетического топлива, применяемых в технологическом процессе. Используют также следующие типы агрегатов: шахтная печь, ванная печь, рекуперативная ванная печь, шлакоприемная ванная печь.

Выделяют следующие зоны при плавлении сырьевой шихты, общие для всех типов плавильных агрегатов:

1) зона подогрева;

2) зона плавления (1500 ºС.);

3) зона охлаждения.

Наиболее распространенным плавильным агрегатом в минераловатном производстве является вагранка. Для плавления в вагранке используется твердое кусковое минеральное сырье и литейный кокс.

Этот этап – один из важнейших во всем процессе производства, т. к. температура, которая достигается в печи, оказывает определяющее значение на вязкость расплава, а следовательно, на толщину и длину волокна, что в последствии сказывается на основных свойствах материала (теплопроводность, прочность).

На следующем этапе расплав с заданной вязкостью попадает на узел волокнообразования, основными агрегатами которого являются многовалковые центрифуги и камера волокноосаждения. Здесь, при попадании расплава на вращающиеся с огромной скоростью (около 7000 оборотов/мин) валки, происходит образование волокна, выдуваемого воздушным потоком под высоким давлением. На этом же этапе осуществляется ввод связующего, модернизированного различными добавками (гидрофобизатор, обеспыливатель и т.д.), что обеспечивает равномерное распределение органических веществ по всему объему материала и делает его более однородным. Далее волокно поступает в камеру волокноосаждения, где происходит формирование ковра, и материалу задаются предварительные размеры.

В настоящее время различают четыре способа получения волокон минеральной ваты:

1) фильерно-дутьевой;

2) центробежно-валковый;

3) центробежно-дутьевой;

4) пародутьевой.

После камеры волокноосаждения ковер попадает на гофрировочную или ламельную машину, где происходит частичное ориентирование волокон, что позволяет получить изделия из минеральной ваты с высокими механическими свойствами.

Применяют три способа введения связующего в минераловатное волокно:

1. распыление или пульверизация;

2. полив с вакуумированием;

3. приготовление гидромассы или пульпы.

Введение связующего в минераловатный ковер способом распыления используют на большинстве предприятий. Водный раствор или эмульсию подают в камеру волокноосаждения, где связующее распыляется паровыми соплами, воздушными или механическими форсунками.

Связующее поступает через коллектор или полый вал центробежно-дутьевой установки волокнообразования или при центробежно-валковом способе волокнообразования – через полый вал второго, третьего, иногда и четвертого вала центрифуги. Однако введение связующего через полый вал центрифуги недостаточно эффективно из-за его значительных потерь.

Недостаток способа пульверизации – большие потери связующего при распылении (до 30 %) и неравномерное распределение смолы в минераловатном ковре.

Введение водного раствора связующего в минераловатный ковер путем полива и одновременного вакуумирования. Рабочий раствор связующего из бассейна, расположенного ниже уровня пола, перекачивается насосом в ванну, откуда по желобу подается на минераловатный ковер, выходящий из камеры волокноосаждения., и смачивает его по всей ширине. В камере отсоса вентилятор высокого давления создает разрежение (вакуум), что позволяет удалять из минераловатного ковра излишнее количество раствора связующего. Дополнительно связующее удаляется отжимным валиком в бассейн, откуда вновь перекачивается в бассейн для повторного использования. Недостаток этого способа – наличие дополнительных устройств для вакуумирования, а также увеличение расхода теплоты на сушку изделий.

При «мокром» способе введения связующего хлопья минеральной ваты смешиваются со связующим, в результате чего образуется гидромасса или пульпа.

Отформованный ковер поступает в камеру термообработки, где происходит полимеризация связующего и задаются окончательные физико-механические характеристики. Тепловая обработка осуществляется путем прососа горячего теплоносителя температурой от 180 до 220 ºС. через минераловатный ковер

Большое внимание уделяется и следующему этапу – резке ковра на плиты заданных размеров.

Готовая к применению продукция упаковывается в термоусадочную пленку, что при соблюдении правил хранения, погрузки и транспортировки служит гарантией сохранности.