Способ получения блочного пеностекла
Владельцы патента RU 2417170:
Общество с ограниченной ответственностью "Пеностекло" (RU)
Изобретение относится к области получения блочного пеностекла. Технический результат изобретения заключается в повышении качества конечного продукта, снижении энергозатрат и сокращении времени вспенивания шихты. Исходную шихту диспергируют, добавляют вспенивающую смесь и гранулируют до размера 1-3 мм. Затем гранулированную шихту подают в плазменный реактор электродугового плазмотрона. Вспенивание шихты и напыление конгломератов пеностекла потоком плазмообразующего газа в металлическую форму осуществляется при мощности работы плазмотрона 18 кВт и расходе плазмообразующего газа 1-2 м3/час. 2 ил., 3 табл.
Изобретение относится к области получения блочного пеностекла и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
В настоящее время существует ряд способов получения блочного пеностекла. Так, по патенту США 3151966 (Кл. 65-22 от 06.10.64) блочное пеностекло в виде плит получают путем продувки воздуха или другого газа через расплав стекломассы, причем расплав охлаждают таким образом, что пузырьки воздуха или газа сохранялись в конечном продукте.
Недостатком данного способа является неоднородность пор по размерам и неравномерность распределения их по объему пеностекла.
Наиболее близким техническим решением является способ получения блочного пеностекла, включающий технологические операции диспергации и гидроксилирования стеклоотходов; усреднение их с вспенивающейся смесью (натриевого жидкого стекла, активной сажи, сульфата натрия, активного кремнезема, оксида бора); гранулирования; засыпки шихты в формы и ее уплотнения; спекания; вспенивания и закалки (патент RU 2187473 С2, Суворов С.А., Шевчик А.П., Можегов А.С., Ли Чы-Тай; от 12.07.2000).
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость и длительность технологического процесса, нестабильность свойств конечного продукта.
Преимуществом предлагаемого способа является повышение качества конечного продукта, снижение энергозатрат и сокращение времени вспенивания шихты.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе гранулированная шихта с размером частиц 1-3 мм подается в плазменный реактор электродугового плазмотрона при его мощности работы 18 КВт и расходе плазмообразующего газа - аргона 1,0-2,0 м3/час, а вспененные частицы пеностекла отходящим потоком плазмообразующего газа подаются из плазменного реактора в форму, где формуется блочное пеностекло.
Отличительным признаком предлагаемого способа является процесс вспенивания исходной гранулированной шихты в плазменном реакторе, где под действием высоких температур порядка 9000-10000 К происходит быстрый разогрев гранул, их плавление и вспенивание за период времени, не превышающий 1-2 сек. Вспененные частицы пеностекла с температурой выше Tg (температура перехода стекла из хрупкого состояния в пиропластическое) подаются потоком отходящих плазмообразующих газов в металлические формы, где сплавляются в блочное пеностекло. В процессе напыления вспененных частиц в металлическую форму происходит их закаливание за счет быстрого естественного остывания и за счет быстрого движения в холодном потоке воздуха (100-150 м/сек).
Изобретательский уровень подтверждается тем, что новый способ вспенивания и получения блочного пеностекла позволяет не только получить высококачественный продукт, но и сократить время вспенивания, а также снизить энергозатраты.
Проведенный анализ известных способов получения блочного пеностекла позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Предлагаемый способ получения блочного пеностекла иллюстрируется фиг.1 и 2.
На фиг.1 изображен плазменный реактор.
Гранулированная шихта 8 подается в порошковый питатель 7 под действием потока плазмообразующего газа аргона. Из порошкового питателя 7 гранулированная шихта 8 поступает в плазменный реактор 1, где под действием плазменного факела 6 с температурой 9000-10000 К, интенсивно нагревается, плавится и вспенивается с образованием конгломератов пеностекла 9. Плазменный реактор 1 представляет собой цилиндр, выполненный из медного корпуса 2 с водоохлаждаемой рубашкой 5, содержащий вольфрамовый электрод 3 с каналами 4 для подачи плазмообразующего газа аргона.
На фиг.2 изображен технологический процесс получения блочного пеностекла.
Конгломераты пеностекла 5 из плазменного реактора 1 под действием динамического напора плазменного факела 2 поступают в металлическую форму 3, где формуется блочное пеностекло 4.
Отличительными условиями предлагаемой технологии получения блочного пеностекла является мощность плазмотрона 18 КВт при расходе плазмообразующего газа 1,0-2,0 м3/час и исходном размере гранулированной шихты в пределах 1-3 мм (табл.1 и 2).
Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов представлен в табл.3.
ПРИМЕР
Гранулированная шихта 8 (фиг.1) размером 1-3 мм в автоматическом режиме загружалась в 4 порошковых питателя 7. Затем зажигалась дуга плазменного реактора 1. Включалась подача 4 питателей и гранулы шихты 8 потоком плазмообразующего газа аргона подавались в плазменный факел 6. В плазменном факеле 6 гранулы шихты 7 за время 1-2 сек нагревались и равномерно вспенивались с образованием конгломератов пеностекла с размером 5-6 мм.
Из плазменного реактора 1 (фиг.2) под действием динамического напора плазменного факела 2 конгломераты пеностекла 5 напылялись в металлическую форму 3 размером 400×400×100 мм) в течение 7-9 минут. В форме 3 конгломераты пеностекла 5 сплавлялись между собой с образованием блочного пеностекла.
Параметры работы плазменного реактора с использованием электродугового плазмотрона УПУ-8М следующие: мощность 18 КВт; расход плазмообразующего газа аргона - 1,5 м3/час.
При указанных режимах работы плазмотрона, которые являются оптимальными, полученное блочное пеностекло имело следующие свойства:
- плотность 0,252 г/см3;
- теплопроводность 0,070 Вт/м·К (при 20°С);
- объемное водопоглощение 8,32%;
- прочность при сжатии 1,1 МПа.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Патент США 3151966 от 06.10.64.
2. Патент RU 2187473 от 12.07.2000.
| Таблица 1 Оптимальные параметры работы плазмотрона и свойства пеностекла |
|||||
| Параметры работы плазмотрона | Плотность пеностекла, г/см3 | Теплопроводность пеностекла, Вт/м·К | Объемное водопоглощение пеностекла, % | Прочность при сжатии, МПа | |
| Мощность, КВт | Расход аргона, м3/час | ||||
| 12 | 1,0 | 0,310 | 0,080 | 8,64 | 0,75 |
| 12 | 1,5 | 0,305 | 0,079 | 8,62 | 0,77 |
| 12 | 2,0 | 0,315 | 0,082 | 8,69 | 0,79 |
| 15 | 1,0 | 0,290 | 0,076 | 8,52 | 0,84 |
| 15 | 1,5 | 0,285 | 0,075 | 8,50 | 0,89 |
| 15 | 2,0 | 0,295 | 0,077 | 8,56 | 0,95 |
| 18 | 1,0 | 0,262 | 0,072 | 8,41 | 1,0 |
| 18 | 1,5 | 0,252 | 0,070 | 8,32 | 1,1 |
| 18 | 2,0 | 0,270 | 0,074 | 8,48 | 1,0 |
| 21 | 1,0 | 0,330 | 0,084 | 8,77 | 0,9 |
| 21 | 1,5 | 0,320 | 0,083 | 8,72 | 0,83 |
| 21 | 2,0 | 0,345 | 0,086 | 8,82 | 0,79 |
| Таблица 2 Влияние размера гранул исходной шихты на качество продукции |
|
| Размер гранул шихты, мм | Характеристика вспененных конгломератов |
| менее 1 | Частицы вспениваются частично, неравномерно и имеют нестабильные показатели качества |
| 1-3 | Частицы вспениваются, пеностекло при оптимальном режиме имеет свойства: |
| - плотность - 0,252 г/ см3; | |
| - теплопроводность - 0,070 Вт/м·К (при 20°С); | |
| - объемное водопоглощение - 8,32%; | |
| - прочность при сжатии 1,1 МПа | |
| более 3 | Частицы забивают вспененными конгломератами плазменный реактор и снижают эффективность технологического процесса, конечный продукт имеет нестабильные показатели качества |
| Таблица 3 Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов |
|
| Известный способ (патент 2187473) | Предлагаемый способ |
| 1. Диспергирование стеклоотходов и их дигидроксилирование | 1. Диспергирование стеклоотходов и их дигидроксилирование |
| 2. Смешивание стеклоотходов со вспенивающей смесью | 2. Смешивание стеклоотходов со вспенивающей смесью |
| 3. Грануляция исходной шихты (0,5-2 мм) | 3. Грануляция исходной шихты (1-3 мм) |
| 4. Засыпка и уплотнение гранулированной шихты в металлической форме | 4. Подача гранулированной шихты в питатель плазменного реактора |
| 5. Спекание и вспенивание | 5. Вспенивание гранул шихты в плазменном факеле |
| 6. Закалка пеностекла | 6. Транспортирование вспененных конгломератов пеностекла отходящим плазмообразующим газом (аргоном) в металлическую форму |
| 7. Отжиг пеностекла |
Способ получения блочного пеностекла, включающий диспергирование шихты, добавку вспенивающей смеси, гранулирование, уплотнение, спекание, вспенивание, закалку и отжиг, отличающийся тем, что гранулирование частиц осуществляется до размеров 1-3 мм, а стадии уплотнения шихты в форме, спекания, вспенивания, закалки и отжига заменяются технологическими стадиями подачи гранулированной шихты в плазменный реактор электродугового плазмотрона, вспенивания шихты и напыления конгломератов пеностекла потоком плазмообразующего газа в металлическую форму при мощности работы плазмотрона 18 кВт и расходе плазмообразующего газа 1-2 м3/ч.
