Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»»

Филиал ГОУ ВПО «ЮУрГУ» в г. Сатке

Кафедра технологии строительных материалов

Контрольная работа

По дисциплине: Технология изоляционных матералов

Тема: Цех по производству товарной минеральной ваты типа А

Студент

Хасанов И. В.

Руководитель:

Жестков В.М.

Сатка 2013

Содержание

Введение

1. Технология производства минеральной ваты

2. Технологическая схема производства минеральной ваты

3. Рассчет количества сухих компонентов для выполнения годовой производительности

4. Материальный баланс производства

Литература

Введение

Для тепловой изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов, промышленных холодильников с температурой изолируемых поверхностей от 173К (минус 100С) до 333К (плюс 60С) широко применяются минераловатные изделия.

Все минераловатные изделия можно разбить на следующие группы:

1) гибкие - войлок, маты, шнуры.

2) жесткие - плиты, цилиндрические сегменты, скорлупы.

3) сыпучие - гранулированная вата.

Помимо этих групп изделий выпускают еще так называемые полужесткие плиты, по существу представляющие собой более плотный войлок. Они в зависимости от объемной массы подразделяются на марки: 75; 100; 150; 200; 250.

Основным компонентом этих изделий является минеральная вата.

Минеральная вата - это волокнистый материал, состоящий из тонких волокон (1-15 мкм) стекловидной структуры, получаемый из силикатных расплавов горных пород, металлургических шлаков и их смесей.

Основным свойством минеральной ваты, отличающим ее от других теплоизоляционных материалов, является негорючесть в сочетании с высокой тепло- и звукоизолирующей способностью, устойчивостью к температурным деформациям, негигроскопичностью, химической и биологической стойкостью, экологичностью и легкостью выполнения монтажа.

Эти качества минеральной ваты, а также распространенность сырья для производства и несложность технологии предопределяют широкие перспективы применения ее во многих отраслях народного хозяйства. Внедрение ее в строительство сокращает потребность в основных строительных материалах, облегчает строительные конструкции зданий и сооружений, а также уменьшает стоимость строительства.

Выбор вида связующего вещества для изготовления изделий определяется часто условиями применения этих изделий. В качестве связующих веществ при производстве минеральной ваты наиболее распространенны: битумы и синтетические смолы, как обеспечивающие получение изделий с наименьшим объемным весом и коэффициентом теплопроводности.

Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия составляют основную часть продукции отрасли. На их долю приходится более 80% общего объема выпуска теплоизоляционных материалов. Это объясняется распространенностью сырья, возможностью широкого регулирования строительно-эксплуатационных свойств неорганических материалов, применимостью их разновидностей практически в любых условиях эксплуатации.

Искусственное минеральное волокно широко применяют для производства теплоизоляционных и акустических изделий. Общий объем материалов и изделий на основе искусственных минеральных волокон составляет более 60% от выпуска теплоизоляционных и акустических материалов всех видовПродукт в виде бесформенной волокнистой массы получил название минеральной или стеклянной ваты, в зависимости от химического состава исходных силикатных расплавов. Стеклянная вата характеризуется более высоким содержанием кремнезема и щелочей.

Минеральная вата - рыхлый материал, состоящий из тонких (1-15 мкм) волокон стекловидной структуры. Технология минеральной ваты включает следующие процессы: подготовку сырья, плавление сырья и получение силикатного расплава, переработку расплава в волокно, формирование минераловатного ковра, рулонирование полученного ковра.

Минеральная вата представляет собой рыхлый материал, состоящий из тонких волокон стекловидной структуры. Цвет минеральной ваты белый, светло-серый, зеленоватый, коричневый, темно-бурый. Высокие теплоизоляционные свойства минеральной ваты обусловлены наличием большого количества воздушных пор: пористость достигает 95 - 96%. Объем и размер пор зависят от степени уплотнения и диаметра волокон. Диаметр волокон ваты колеблется от 1 до 10 мкм. С увеличением диаметра волокна увеличивается теплопроводность, поэтому стандартом ограничен диаметр волокна - не более 8 мкм. Длина волокна колеблется от 2 - 3 мм до 20 - 30 см.

Средний диаметр волокон и их длина зависят как от химического состава расплава, так и от ряда технологических факторов. Чем длиннее волокно, тем более упругими и прочными получаются изделия.

Помимо волокон вата содержит частицы расплава, не вытянувшиеся в волокно. Эти включения получили название «корольки». Форма этих частиц в основном сферическая. Корольки повышают теплопроводность минеральной ваты, являясь «мостиками» передачи тепла.

Объемная масса минеральной ваты зависит от среднего диаметра волокна, содержания корольков и степени уплотнения. Стандартом предусмотрено определение объемной массы при удельной нагрузке 0,002 МПа, что соответствует нагрузке, которую испытывает вата в процессе эксплуатации. При одинаковой удельной нагрузке объемная масса возрастает с увеличением диаметра и содержанием корольков. Стандартом предусмотрен выпуск ваты марок 75, 100, 125. Содержание корольков размером свыше 0,25 мм ограничивается стандартом: для марок 75 - 12%; 100 - 20%; 125 - 25%.

Водопоглощение минеральной ваты при погружении в воду очень велико - до 600%. Гигроскопичность колеблется от 0,2 до 2%. Грибоустойчивость минеральной ваты зависит от условий эксплуатации. Минеральная вата не является благоприятной средой для развития грибов. Однако под действием органических кислот, выделяемых грибами, минеральная вата может разрушаться. Повысить грибоустойчивость можно путем повышения кислотности волокон.

Температура спекания ваты 700 - 800С, соответственно температура применения 600 - 700С. Расстекловывание ваты может происходить уже при 500С. Кислая вата меньше подвержена расстекловыванию. Минеральная вата обладает огнезадерживающими свойствами благодаря негорючести и малой теплопроводности. Теплопроводность зависит от диаметра волокна, объемной массы и содержания неволокнистых включений в вате. Увеличение диаметра волокна влечет за собой повышение теплопроводности. При увеличении диаметра волокна с 3 до 12 мкм теплопроводность растет на 10%.

1. Технология производства минеральной ваты

Производство минеральной ваты включает следующие процессы: подготовку сырья; плавление сырья и получение силикатного расплава; переработку расплава в волокно; формирование минераловатного ковра; рулонирование минераловатного ковра.

а) Сырьевые материалы

Для производства минеральной ваты применяют горные породы (осадочные, изверженные и метаморфические), минеральные промышленные отходы, а также попутные продукты производства (металлургические и топливные шлаки и золы, бой глиняного и силикатного кирпича и т.д.).

Основными требованиями, предъявляемыми к сырью являются: химический состав, обеспечивающий невысокую температуру плавления (достижимую в существующих плавильных агрегатах); необходимые для волокнообразования реологические свойства расплава и получение ваты, стойкой против действия эксплуатационных факторов; распространенность сырья и несложность его предварительной подготовки.

Необходимый химический состав достигается обычно составлением соответствующей сырьевой смеси шихты, включающей два и более вида сырья. Лишь немногие виды природного сырья могут быть использованы без подшихтовки.

Горные породы. К числу лучших видов горных пород для производства минеральной ваты относятся изверженные основные горные породы габбро-базальтовой группы и подобные им по химическому составу метаморфические горные породы и мергели.

Содержание оксидов в составе горных пород, применяемых в производстве минеральной ваты колеблется в следующих пределах (%): SiO2 - 45 - 65; Al2O3 - 10 - 20; Fe2O3 + FeO - 10 - 15; CaO - 5 - 15; MgO - 5 - 15; Na2O + K2O - 1 - 3.

Габбро-базальтовые горные породы (диабазы, базальты, габбро), а также их метаморфические аналоги (амфиболиты, известковистые сланцы) являются оптимальным сырьем для усовершенствованных вагранок с горячим дутьем при производстве минерального волокна с Мк = 1,5 - 2,5, отличающегося повышенной эксплуатационной стойкостью.

Кислые горные породы типа гранита, грандиорита, перлита более существенно повышают вязкость расплава, чем габбро-базальтовое сырье, и снижают производительность плавильного агрегата.

Доменные шлаки. Для производства минеральной ваты наибольшее применение нашли доменные шлаки. Шлаки представляют собой сплавы силикатов и алюмосиликатов следующего химического состава (%): SiO2 - 35 - 40; Al2O3 - 10 - 15; Fe2O3 + FeO - 0,5; CaO - 35 - 45; MgO - 5 - 10.

Доменный шлак является наиболее распространенным сырьем при получении минеральной ваты в вагранках с холодным дутьем. Если их используют без добавок, в чистом виде, то получают силикатное волокно, неустойчивое к воздействию воды. Поверхностная гидратация волокон, обусловленная в основном высоким содержанием СаО, является главной причиной уменьшения механической прочности и соответственно пыления и слеживаемости шлаковой ваты. Силикатное волокно, как правило, получают из шихты, содержащей наряду со шлаками различные подкислители: природные сырьевые материалы и промышленные отходы, характеризующиеся повышенным количеством SiO2 и Al2O3. В результате достигается увеличение гидролитической стойкости шлаковаты.

Ваграночные шлаки относятся к легкоплавкому сырью, которое можно применять не только для подкисления доменных шлаков, но и в качестве однокомпонентного состава.

Мартеновские шлаки обычно содержат окислы железа и марганца (до 20% того и другого), поэтому их используют в производстве минеральной ваты главным образом в качестве добавок для уменьшения вязкости расплава. Применяются как охлажденные (отвальные), так и огненно-жидкие металлургические шлаки. Использование огненно-жидких шлаков снижает расход тепла на получение расплава; тепло затрачивается только на подогрев расплава шлаков до необходимой для переработки в волокно температуры, в связи с чем снижается стоимость получаемой минеральной ваты, однако использование огненно-жидких шлаков ограничивается сложностью корректировки состава.

Применение топливных шлаков и зол затруднено из-за значительных колебаний их химического состава даже в условиях одного объекта, а также технологическими сложностями получения расплава из малопрочного и высокодисперсного сырья.

б) Печи для получения силикатного расплава

Силикатные расплавы для производства минеральной ваты получают путем плавления сырья в печах следующих типов: шахтных (вагранках), ванных электродуговых. В стадии освоения находятся циклонные и конверторные печи.

Могут быть также использованы огненно-жидкие шлаки металлургических печей. Для подогрева жидких шлаков применяют специальные печи - шлакоприемники.

Использования печи того или иного типа зависит в основном от вида сырья и наличия топливных или энергетических ресурсов. Электродуговая печь - наиболее эффективный плавильный агрегат. Однако при ее применении резко увеличивается расход электроэнергии.

Наиболее широкое распространение в минераловатной промышленности получили вагранки, которые представляют собой шахтные плавильные печи непрерывного действия, теплообмен в которых происходит по принципу противотока. Сырье загружаемое в верхнюю часть вагранки, опускается вниз, превращаясь при этом в расплав, а образовавшиеся в нижней части вагранки продукты горения поднимаются вверх, отдавая тепло расплавляемому материалу.

Для получения расплавов при производстве минеральной ваты можно использовать небольшие ванные печи, по своему устройству похожие на ванные стеклоплавильные печи. Ванная регенеративная печь для плавления сырья при производстве минеральной ваты состоит из плавильного бассейна (ванны), горелок, вертикальных воздушных регенераторов и выработочной части - фидера.

Электродуговая печь для получения силикатного расплава представляет собой металлическую водоохлаждаемую ванну в виде котла диаметром 2,5 - 3 м. Изменяя электрический режим печи, можно регулировать теплотехнические параметры плавки в соответствии с технологическими требованиями. Кроме того, преимущество электродуговой печи перед другими плавильными агрегатами - возможность плавления шихт для получения минеральной ваты, которую можно использовать при высокой температуре.

Циклонные печи целесообразно применять при использовании мелкокускового сырья, в частности отходов минераловатного производства. В циклонной печи благодаря особой аэродинамической структуре потока газов складываются благоприятные условия для тепло- и массообмена между газом и обрабатываемым сырьем

Печи для производства минеральной ваты из огненно-жидких шлаков. Применение жидких металлургических шлаков позволяет снизить стоимость минеральной ваты, так как уменьшается расход тепла и капиталовложения, поскольку нет необходимости в отделениях подготовки и хранения шихты. В основном используют доменные шлаки. Для корректировки состава, гомогенизации и подогрева шлака до необходимой температуры применяют специальные печи. Шлакоприемные печи различны по конструкции и теплотехническим схемам. В основном они представляют собой небольшие печи типа регенеративных ванных, отапливаемые газообразным или жидким топливом.

в) При производстве волокнистых теплоизоляционных материалов из неорганического сырья следующим после подготовки сырья является общий для всех видов волокна технологический передел - получение расплава. Поскольку в расплавах для получения минерального волокна обязательно присутствует SiO2, речь пойдет о силикатных расплавах.

При получении силикатных расплавов протекают сложные и разнообразные физико-химические процессы, характер которых определяется составом шихты и температурой. Во всех случаях происходят процессы силикато- и стеклообразования. Силикатообразование начинает протекать между материалами в твердом состоянии при относительно низких температурах (400 - 600 єС), однако скорость реакции при этом невелика. Интенсификация этих процессов наступает при появлении жидкой фазы, которая образуется в объеме шихты вследствие плавления легкоплавких компонентов и возникновения эвтектических соединений.

Основными свойствами силикатных расплавов, влияющими на свойства минеральных волокон, получаемых из них, являются вязкость , поверхностное натяжение и кристаллизационная способность.

г) Способы переработки расплава в волокно

В настоящее время в промышленности применяются три основных способа переработки силикатного расплава в волокно: дутьевой, центробежный и комбинированный.

Дутьевой способ. Сущность этого способа заключается в том, что на струю жидкого расплава, вытекающего из плавильного агрегата, воздействует струя энергоносителя, движущаяся с большой скоростью (400 - 800 м/с). Она расщепляет струю расплава и вытягивает образовавшиеся элементы в волокно. В качестве энергоносителя можно использовать перегретый и сухой насыщенный пар, сжатый воздух и горячие продукты сгорания топлива. По направлению струи энергоносителя дутьевой способ подразделяется на горизонтальный и вертикальный.

Центробежный способ. Этот способ основан на использовании центробежной силы вращающихся элементов, на которые подается расплав. Центробежные установки в производстве минеральной ваты могут одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Комбинированный способ. При комбинированных способах используют как центробежную силу, так и силу дутья. В промышленности применяют следующие комбинированные способы: центробежно-дутьевой и центробежно-фильерно-дутьевой.

Центробежно-дутьевой способ основан на превращение струи расплава в пленку и струйки центробежной силой вращающейся чаши и последующим вытягиванием в волокно при помощи энергоносителя

При центробежно-фильерно-дутьевом способе формируются тонкие струи за счет центробежной силы вращающейся чаши с отверстиями и последующей их обработки горячими газами.

д) Механизм волокнообразования

Процесс волокнообразования при получении минерального волокна из силикатных расплавов идет при больших скоростях, поэтому его нельзя наблюдать визуально. Удовлетворительные результаты можно получить только с помощью высокоскоростной киносъемки.

При действии струи энергоносителя на струю расплава образуются микроструйки, пленки и капли. Микроструйки вытягиваются, периодически (с частотой 0,002 с), от них отрываются концы, которые загибаются в виде парабол и продолжают вытягиваться в полете. Пленки под действием поверхностного натяжения также могут разделяться на струйки, от которых, в свою очередь, периодически отрываются вытягивающиеся в полете части струек. Отделившиеся частицы струек вытягиваются вследствие того, что концы их находятся в местах потока энергоносителя, имеющих разную скорость.

В случае попадания незастывших частей в зону, где сила вытягивания недостаточна, под действием поверхностного натяжения они приобретают сферовидную форму. Это явление четко наблюдалось при просмотре кинокадров. Из капель, образовавшихся при разрушении струи, волокон не образуется.

е) формирование минераловатного ковра

Минераловатный ковер формируется в камере волокноосаждения, которая состоит из металлического каркаса, обшитого листовой сталью, с тепловой изоляцией. Дном камеры является сетчатый или пластинчатый конвейер с шириной, равной ширине камеры. Отсос отработанного воздуха из камеры происходит под конвейером, что способствует осаждению на него волокон ваты. минеральный вата расплав шихта

В камеру волокноосаждения для обеспылевания и повышения эластичности волокна вводят замасливатель, главным образом эмульсол, в количестве до 1% массы волокна. В ряде случаев при изготовлении изделий в камеру волокноосаждения методом распыления вводят связующее. Для уплотнения выходящего из камеры слоя ваты служит подпрессовочный валик на выходе из камеры. По выходе из камеры волокноосаждения ковер закатывается в рулон в случае выпуска сырой (комовой) ваты или передачи ее на внепоточную установку для переработки в изделия. В рыхлом виде минеральную вату применять нецелесообразно.

2. Технологическая схема производства минеральной ваты

РАССЧЕТ СОСТАВА ШИХТЫ

Химический состав сырьевых материалов:

Сырье	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Fe2O3	R2O	SO3	п.п.п.
Гранит Красноярский	68,1	14,0	5,2	0,2	4,2	5,6	0,1	2,7
Долмит Билимбаевский	0,4	0,2	31,8	20,7	0,3	-	-	46,9

Для расчета состава шихты составляем систему алгебраических уравнений приняв х - гранит, у - доломит, тогда х + у = 100%. Мк = 1,65

х = 1 - у

82,1-82,1y+0,6y = 1,65((5,4-5,4y)+52,5y)

-81,5y+82,1 = 8,91-8,91y+52,5y ?1,65

-81,5y+82,1 =8,91+77,72y

-81,5y-77,72y =8,91-82,1

-159,22y = -73,19

y = 0,46 ~ 0,4

х = 0,54 ~ 0,5

Проверка:

3. Рассчет количества сухих компонентов для выполнения годовой производительности

m = с ? V

m = 80 ? 625000 = 50000000 = 50000 т

гранит: 0,54 ? 50000 = 27000 т

диабаз: 0,46 ? 50000 =23000 т

Вывод: Для выполнения годовой производительности Р = 625000 мі минеральной ваты типа А потребуется 27000 т гранита Красноярского и 23000 т доломита Билимбаевского.

Сырье и полуфабрикаты

Для получения заданной минеральной ваты, типа В, в проекте принят шлак завода Восточной металлургии с подходящим химическим составом.

Таблица 4. Химический состав и модуль кислотности сырья

SiO2	Al2O3	CaO	MgO	MК
33,75 %	21,62%	38,6%	3,2%	1,32



Подобранный огненно-жидкий шлак удовлетворяет требуемому модулю кислотности и не требует дополнительных добавок.

Технические характеристики получаемой минеральной ваты:

Вид: ВМ -- вата минеральная диаметром волокна от 6 до 12мкм.

Тип: В с модулем кислотности св. 1,2 до 1,4.

Вата вида ВМ должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 5.

Таблица 5. Характеристики ваты ВМ-В

Наименование показателя	Значение для ваты вида ВМ, типа В
Водостойкость, рН, не более	7
Средний диаметр волокна, мкм, не более	12
Содержание неволокнистых включений размером св. 0,25 мм, % по массе, не более	25
Плотность, кг/м3, не более	100
Теплопроводность, Вт/(мК), не более, при температуре:
(2985) К	0,050
(3985) К	0,066
(5735) К	0,116
Влажность, % по массе, не более	1
Содержание органических веществ, % по массе, не более	2

В качестве связующего в проекте используется битумная эмульсия имеющая следующий состав( в весовых частях ):

- битум - 100;

- вода - 100;

- каолин - 9;

- канифоль - 8;

- щелочь - 1,7.

Она наносится методом распыления.

плита битум теплоизоляционный вата

Таблица 6. Физико-химические характеристики битума БН 70/30

Наименование показателя	Норма
	ОКП 02 5621 0500	Метод испытаний
1. Глубина проникания иглы при 25 °C, 0,1 мм	21-40	По ГОСТ 11501-78
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °C	70-80	По ГОСТ 11506-73
3. Растяжимость при 25°C, не менее	3,0	По ГОСТ 11505-75
4. Растворимость, %, не менее	99,50	По ГОСТ 20739-75
5. Изменение массы после прогрева, %, не более	0,50	По ГОСТ 18180-72
6. Температура вспышки, °C, не ниже	240	По ГОСТ 4333-87
7. Массовая доля воды	Следы	По ГОСТ 2477-65

Режим работы цеха

Цех работает по пятидневной рабочей системе в три смены. Длительность смены - 8 часов. Количество рабочих суток в году - 180.

Коэффициент использования рабочего времени вычисляется по формуле:

где - продолжительность рабочей смены, ч;

- время на подготовительно-заключительные операции, ч;

Рассчитаем производственную программу цеха и сведём её в таблицу. Расчёт производим по формулам:

 м3/сут

где Псут - производительность в сутки;

Пгод - годовая производительность;

Кгод - количество рабочих дней в году.

м3/см

где Псм - производительность в смену;

Ксм - количество смен в сутки;

м3/ч

где Пч - часовая производительность:

Кч - количество часов в смену;

Таблица 9. Производственная программа цеха

Наименование изделия	Производительность, м3
	в год	в сутки	в смену	в час
Минераловатная плита	50000	277	92,3	11,5

4. Материальный баланс производства

Завод выпускает 50000м3 минеральных плит в год (склад готовой продукции), с учётом потерь при транспортировании и складировании n=5%:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Необходимое количество минераловатных плит с учетом потерь при сушке и упаковке (n=1%):

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Потребность с учетом потерь при сушке (n=2%):

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

при прессовании составляют около 1-го %:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

потери при смешивании и распределении гидромассы составляют около 2-х %:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Т.к. расход связующего составляет 4%, то с учетом потерь при дозировании (n=1%):

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Потери при диспергировании составляют около 2%, поэтому:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Т.к. расход минеральной ваты составляет 96%, то с учетом потерь при дозировании (n=1%):

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Потери при отсеивании корольков составляют около 1%:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Потери в камере волокноосаждения составляют около 1%:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Потери расплава в вагранке составляют 2%, поэтому:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Потери горных пород при грохочении и дроблении составляют 2%, поэтому:

за год: ;

за сутки: ;

за смену: ;

за час: .

Таблица 5. Материальный баланс производства

Наименование сырья	Расход сырья, м3
	В час	В смену	В сутки	В год
Горные породы (96%)	11,57	92,59	277,76	67494,42
Синтетическое связующее (4%)	0,46	3,7	11,02	2676,1

Литература

1. Горлов, Ю.П. Технология теплоизоляционных материалов: Учебник для вузов / Ю.П. Горлов, А.П. Меркин, А.А.. Устенко. - М.: Стройиздат, 1980.

2. Горяйнов, К.Э. Технология теплоизоляционных материалов и изделий: Учебник для вузов / К.Э. Горяйнов, С.К. Горяйнова. - М.: Стройиздат, 1982.

3. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение: Учеб. Пособие для строит. спец. вузов/ И.А. Рыбьев. - 2-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2004.

4. Жестков В. М. Технология изоляционных и огнеупорных материалов: учебное пособие к курсовому проекту / В. М. Жестков, Т. А. Сухорукова. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ , 2011.

Размещено на Allbest.ru