Способ формования плит из волокон минерального сырья

 

Использование: производство теплоизоляционных и шумопоглощающих материалов из волокон минерального сырья для строительной, химической, машиностроительной и теплоэлектрической отраслей промышленности. Сущность изобретения: способ формования плит из волокон минерального сырья включает внесение раствора связующего в минеральное сырье с образованием гидромассы, формование и сушку готовых плит. Формование плит осуществляют знакоперемнными импульсами давления, превращающими систему формования в колебательный контур с частотой отклика на возмущающее воздействие (1/10 - 1/60) Гц, причем продолжительность воздействия формующего импульса не превышает 1/3 периода колебаний. Способ обеспечивает повышение качества теплоизоляционных плит путем улучшения прочностных и теплофизических характеристик при формовании в U-образном аппарате.

Изобретение относится к производству теплоизоляционных и шумопоглощающих материалов и может быть использовано в строительной, химической, машиностроительной и теплоэнергетической отраслях промышленности.

Известен способ получения плит из минеральной ваты [1] заключающийся в приготовлении гидромассы с содержанием связующего вещества (8 12) формовании из нее непрерывного минераловатного ковра отливкой и подпрессовкой с последующим отсосом излишков связующего вещества и тепловой обработкой.

Недостатком этого способа является значительное колебание плотности от 150 кг/см³ до 300 кг/м³ при формовании полотна по его длине и ширине, что приводит к снижению прочности и нестабильности теплоизоляционных свойств, ограничивающих применение плит для теплоизоляции сред с температурами, не превышающими 600^oC.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту является способ формования плит из волокон минерального сырья [2] включающий нанесение раствора связующего на ковер минеральной ваты с образованием гидромассы, разделение гидромассы на части, загрузку ее частей с помощью плиты толкателя в устройство переориентирования волокон гидромассы из горизонтального в вертикальное положение, последующее уплотнение и дальнейшую сушку плит.

Недостатком указанного способа формования является повышенная теплопроводность плит, объясняемая высокой частотой виброуплотнения (10 30) гц, приводящей к поломке волокон и уменьшению за счет этого ее пористости, а также низкая прочность плит, являющаяся следствием отсутствия переплетения волокон.

Технический результат изобретения повышение прочностных характеристик и снижение теплопроводности плит из волокон минерального сырья за счет равномерного распределения связующего раствора и волокон и их переплетения во всем объеме.

Технический результат достигается путем формования плит знакопеременными импульсами давления, превращающими систему формования в колебательный контур с частотой отклика на возмущающее воздействие Гц с продолжительностью воздействия формующего импульса не превышающей 1/3 периода колебаний.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

В минеральное волокнистое сырье вносится раствор связующего вещества. Образованная гидромасса подается непрерывно в систему формования, состоящую из U-образного аппарата и устройства формирования знакопеременных импульсов давления с источником постоянного перепада давления. В U-образном аппарате формования на гидромассу воздействуют знакопеременными импульсами давления сжатого газа. В результате этого воздействия происходит уплотнение волокон без их поломки, переплетение и транспортировка по каналу аппарата и равномерное распределение связующего. В целях получения наибольшей прочности плит из волокон минерального сырья содержание твердой волокнистой фазы должно быть не менее (80 90) остальное пространство заполняется водным раствором связующего вещества.

Высокое содержание твердой фазы создает большое гидравлическое сопротивление движению связующего. В результате этого осуществление колебательного движения всей гидромассы под действием знакопеременного импульса давления возможно только с частотой не превышающей величину частоты собственных колебаний системы гидромасса U-образный аппарат. Для U-образного аппарата при концентрации волокнистой фазы равной 80 собственная частота колебаний соответствует 1/10 Гц. Для 90 концентрации 1/60 Гц.

При подаче импульсов давления в пульсационную камеру U-образного аппарата с частотами Гц продолжительность действия силы давления, необходимой для транспорта гидромассы не должна превышать 1/3 периода собственных колебаний. Возникающие при этом высокие пульсационные скорости жидкой среды способствуют выравниванию поля скоростей по сечению формующего аппарата и равномерному распределению связующего, уменьшению градиента скоростей. Одновременно уменьшается сила трения волокнистой массы о стенки аппарата за счет эффекта жидкого трения, что способствует прямоточному движению волокнистой и жидкой фаз. Приведенная в движение гидромасса перемещается на расстояние пропорциональное величине амплитуды колебания газовой подушки в пульсацуионной камере.

При стравливании давления в пульсационной камере, которое происходит в течение 2/3 периода собственных колебаний, скорости течения жидкой среды уменьшаются, поле скоростей становится неравномерным и приобретает явно выраженный параболический характер, возрастает градиент скоростей по сечению формующего аппарата, уменьшается поток раствора жидкого связующего между стенкой аппарата и волокнами гидромассы. Разность скоростей по сечению аппарата приводит к переплетению волокон в объеме друг с другом. По мере убывания скорости жидкости вся масса волокон останавливается, а раствор связующего вещества фильтруется сквозь волокнистую массу. При новом цикле знакопеременных пульсаций давления в пульсационной камере u-образного аппарата процесс формования структуры гидромассы повторяется, а сформованная масса в виде плиты, имеющей сечение соответствующее сечению аппарата непрерывно поступает в сушилку.

По завершении всех операций технологического процесса плиты приобретают равномерную плотность по всему сечению, низкую теплопроводность, позволяющую использовать их в качестве теплоизоляционного материала для сред с температурой до 900^oC, и прочность.

Пример 1. Для формования плит по предлагаемому способу была приготовлена гидромасса, состоящая из 60 минеральной ваты и 40-ного водного раствора кремнийсодержащего связующего вещества. Гидромасса непрерывно подавалась в U-образный пульсационный формующий аппарат. На гидромассу воздействовали знакопеременными импульсами давления с постоянно убывающей частотой. По мере уплотнения массы и удаления излишков раствора связующего вещества гидромасса приобрела структуру соответствующую высоким прочностным свойствам за счет переплетения волокон минеральной ваты. При достижении 80% концентрации гидромасса приобрела поступательное движение в условиях прямотока с жидким связующим веществом. Этому состоянию соответствовала частота пульсации формующего давления равная 1/10 гц. Продолжение уплотнения гидромассы до концентрации 85 сопровождалась уменьшением собственной частоты колебательного контура, в который превратилось устройство формования с находящейся в его канале гидромассой, которая стала равной 1/35 Гц. Непрерывная подача гидромассы и воздействие пульсации позволили уплотнить структуру гидромассы до содержания минеральной ваты в ней до 90 от общего объема. При этом частота пульсации, при которой осуществлялось поступательное непрерывное движение гидромассы снизилось до 1/60 гц.

Во всех случаях непрерывного формования время воздействия импульса на гидромассу соответствовало 1/3 периода колебаний, с которыми подводилась энергия. Сформованная плита имела сечение, соответствующее сечению аппарата. Высушенные образцы имели 90% минеральной ваты, обладали структурой с переплетенными волокнами и равномерно распределенным связующим. Плотность образца соответствовала 190 220 кг/м³ с максимальным удельным давлением равным 1,5 2 кг/см². Теплопроводность образца соответствовала (0,1 0,3)·10³ кал/см, с·град. Все характеристики соответствовали лучшим теплоизоляционным материалам.

Пример 2. Для формования плит по предлагаемому способу приготовили гидромассу, состоящую из 50-ного базальтового волокна, имеющего диаметр 0,1 0,3 мм, и 50-ного водного раствора кремнийсодержащего связующего вещества. Гидромасса непрерывно подавалась в U-образный пульсационный формующий аппарат и на нее воздействовали знакопеременными импульсами давления с постоянно убывающей частотой. Вследствие уплотнения массы и пропорционального удаления при этом излишков раствора связующего вещества гидромасса приобрела структуру, соответствующую высоким прочностным свойствам, за счет переплетения волокон при воздействии газовой подушки благодаря их гибкости, а также за счет разности скоростей слоев волокон из-за неравномерности поля скоростей при стравливании давления из пульсационной камеры U-образного аппарата. При достижении 80 концентрации гидромасса приобрела поступательное движение в условиях прямотока с жидким связующим веществом. Этому состоянию, так же как и в примере 1, соответствовала частота пульсации формующего давления, равная 1/10 Гц. Уплотнение до 85 концентрации волокон в гидромассе сопровождалось уменьшением собственной частоты колебательного контура, образованного формующим аппаратом в сочетании с наполнявшей его гидромассой. В этом случае частота пульсации пропускаемой формующей системой соответствовала 1/35 Гц. При дальнейшем нагнетании массы, за счет увеличения ее подачи и доведения до концентрации волокнистого материала в объеме аппарата до 90 частота пульсации снижается до 1/60 Гц и остается постоянной.

Во всех случаях изменения расходов гидромассы при доведении их до 90% наполнения волокнистым материалом объема формующего плиту аппарата время воздействия импульса соответствовало 1/3 периода колебаний формующих частот пульсаций.

Высушенный образец имел высокие прочностные и теплоизоляционные свойства. Плотность образца соответствовала (200 210) кг/м³. Максимальное удельное давление равнялось (1,8 2,1) кг/см², теплопроводность составлдяла (0,09 0,12) кал/см·с·град.

Формула изобретения

Способ формования плит из волокон минерального сырья, включающий внесение раствора связующего в минеральное сырье с образованием гидромассы, формование и сушку готовых плит, отличающийся тем, что формование плит осуществляют знакопеременными импульсами давления, превращающими систему формования в колебательный контур с частотой отклика на возмущающее воздействие (1/10 - 1/60) Гц, причем продолжительность воздействия формующего импульса не превышает 1/3 периода колебаний.