На сегодняшний день существует множество технологических схем и особенностей в производстве минеральной ваты, для каждого этапа есть несколько способов производства в зависимости от конечного продукта. Но основные этапы производства будут общими, независимо от вида минеральной ваты:
- Подготовка сырья
- Получение расплава
- Процесс волокнообразования
- Осаждение минерального волокна
- Нанесение связующего вещества
- Тепловая обработка
- Резка изделий
Технологическая линия производства минеральной ваты представляет собой непрерывную конвейерную линию. Одна из самых распространенных схем производства минеральной ваты показана на Рисунке 1.
Рисунок 1- Технологическая линия производства минеральной ваты
1 – автопогрузчик, 2 – бункер, 3 – качающийся питатель, 4 – элеватор, 5 – реверсивный передвижной конвейер, 6 – бункер для сырья, 7 – дозатор весовой, 8 – транспортер для загрузки вагранки, 9 – вагранка газовая, 10 – узел волокнообразования, 11 – воздуходувка, 12 – аварийный бак для воды, 13 – дымосос, 14 – камера волокноосаждения, 15 – промежуточный транспортер, 16 – камера тепловой обработки минераловатного ковра, 17 – автоматическая газовая топка, 18 – рециркуляционный вентилятор, 19 – вентилятор для охлаждения, 20 – под продольной резки, 21 – под поперечной резки, 22 – щит для укладки изделий, 23 – склад готовой продукции, 24 – циркуляционный вентилятор, 25 – таль электрическая передвижная, 26 – приёмный бак для концентрированной смолы, 27 – насос, 28 – бак-мешалка для разведения смолы, 29 – приёмный бак эмульсии, 30 – бак-мешалка для эмульсии, 31 – расходный бак для концентрированной смолы, 32 – дозатор для концентрированной смолы, 33 – дозатор воды, 34 – расходный бак для воды, 35 – расходный бак для эмульсии, 36 – дозатор эмульсии, 37 – бак для воды.
¶ Подготовка сырья
Сырьевые материалы доставляются на заводские склады железнодорожным транспортом полузакрытого типа для предотвращения загрязнения или чрезмерного увлажнения компонентов шихты. Шихта – смесь сырьевых материалов: горных пород габбро-базальтового типа или аналогов (Рисунок 2), загружаемых в плавильную печь для получения расплава.
Склад имеет приёмное устройство для загрузки сырья, каждый тип которого хранится на складе в отдельном бункере или отсеке.
Рисунок 2 – Сырьевые материалы для приготовления минеральной ваты
Сырьевые материалы и топливо со склада по системе конвейеров поступают в подготовительное отделение, оснащенное дробильно-сортировочным, дозирующим и перемешивающим оборудованием. Для получения расплава применяются сырьевые материалы кусками размером 40-100 мм, а куски до 20 мм из шихты отсеиваются для обеспечения нормального аэродинамического режима в вагранке – специальной вертикальной печи шахтного типа.
Чтобы получить необходимые размеры сырья, пользуются щековыми дробилками, действующими по принципу раздавливания: путем прерывного нажатия и истирания. Щековые дробилки служат для крупного и среднего дробления кускового материала, наибольший размер которого не должен превышать 0,85 ширины загрузочного отверстия.
После дробления сырьевые компоненты поступают на сортировку для рассева различных фракций на виброгрохоты – устройство в виде короба, внутри которого расположены сита с определёнными размерами ячеек. Далее подготовленные компоненты шихты по системе ленточных транспортов (4,5) поступают в бункера расхода (6), где происходит дозировка автоматическими весовыми дозаторами (7) порций подготовленных материалов, после чего материалы поступают по транспортеру (8) в плавильный агрегат - вагранку (9).
¶ Получение силикатного расплава
Получение силикатных расплавов с целью последующей их переработки в волокно возможно в различных плавильных агрегатах:
- вагранки коксовые;
- вагранки коксогазовые;
- вагранки газовые.
Чаще всего на производстве применяют газовые вагранки, так как они имеют ряд приемуществ по сравнению с другими видами плавильных агрегатов. Конструкция газовой вагранки исключает установку в ней системы подогрева воздуха или системы кислородного дутья, что значительно удешевляет строительство вагранки, повышает надежность и облегчает эксплуатацию, снижает вредные выбросы в атмосферу в 8-10 раз по сравнению с коксовыми вагранками и позволяет отказаться от установки к газовой вагранке системы дожига СО. Кроме того, эта конструкция сокращает время вывода вагранки на рабочий режим с 3-4 ч до 45-60 мин и делает возможным полную автоматизацию процесса плавления.
Газовая вагранка состоит из:
- шахты, нижняя часть которой представляет собой камеру плавления сырья и перегрева расплава,
- копильника,
- загрузочного устройства,
- систем газоснабжения, воздухоснабжения и охлаждения,
- устройств для отсоса и очистки дымовых газов.
В камере плавления происходит сжигание газового топлива и плавление сырьевых материалов. Нижняя часть камеры несколько выше уровня горелок, заполнена огнеупорным балластом, на который опирается столб шихтовых материалов. Применение газовой вагранки позволяет получить температуру расплава 1500 °С, а, следовательно, достичь необходимой для его переработки вязкости.
¶ Процесс волокнообразования
Полученный в плавильном агрегате минеральный расплав перерабатывают в волокно следующими способами:
- дутьевым,
- центробежным,
- фильерным
- комбинированными
Подробнее рассмотрим комбинированный центробежно-валковый способ, так как он является в настоящее время наиболее перспективным способом волокнообразования, получившим широкое признание в мировой практике. Преимуществами данного способа являются:
- получение волокон высокого качества
- возможность переработки более вязких расплавов
- снижение расхода относительно дорогого энергоносителя
Этим способом получают минеральное волокно из расплава под действием центробежных сил, создаваемых вращающимися валками центрифуг. В зависимости от количества валков центрифуги разделяют на одно-, двух-, трех-, четырехвалковые и т.д., а по числу передач расплава между рабочими органами - на одно- и многоступенчатые. Наиболее распространены четырехвалковые центрифуги (Рисунок 3).
Рисунок 3 - Четырехвалковая центрифуга и схема образования волокон
1 – валок центрифуги с винтовой нарезкой, 2, 3 , 4 – гладкие валки центрифуги, 5 – вагранка.
Центрифуга представляет собой станину П-образной формы из листовой стали толщиной 25 мм, на которой укреплены четыре рабочих валка в подшипниковых узлах с приводом от четырех электродвигателей общей мощностью 40 кВт. Рабочие валки приводятся в движение от электродвигателей через клиноременную передачу. Валки вращаются в вертикальной плоскости и ограждены сверху и сбоку бронированными листами.
Расплав из плавильного агрегата подается с помощью регулируемого водоохлаждаемого лотка на поверхность первого валка под углом 30-40о к его горизонтальной оси. Подача струи расплава в другую точку первого валка уменьшает количество расплава, попадающего на второй валок, и ведет к увеличению неволокнистых включений. Роль первого валка – расщепить струю расплава и передать ее в виде множества струек на второй валок, на котором перерабатывается в волокна значительная часть поступившего на него расплава. Избыток минерального расплава передается далее на третий валок. Четвертый валок завершает процесс волокнообразования. Таким образом, основные волокнообразующие валки – второй и третий.
Для обдува образующихся волокон на центрифуге установлен вентилятор производительностью 1400 м3/ч. Образовавшиеся на валках волокна подхватываются воздушным потоком, подающимся из вентилятора, и уносятся в камеру волокноосаждения, где оседают на движущемся сетчатом конвейере. Застывшие неволокнистые включения падают под центрифугу, откуда удаляются скребковым или пластинчатым конвейером.
На производстве ISOROC используется описанный выше способ волокнообразования (Рисунок 4).
Рисунок 4 – Волокнообразование на производстве ISOROC
¶ Осаждение минерального волокна
Волокна минеральной ваты, образовавшиеся в результате переработки расплава, осаждаются в виде ковра в камере волокноосаждения. В зависимости от способа волокнообразования камеры волокноосаждения могут быть:
- горизонтальными,
- вертикальными,
- барабанными.
Рассмотрим принцип работы горизонтальной камеры волокноосаждения (14), как показано на технологической линии (Рисунок 1). Горизонтальная камера представляет собой металлический изолированный каркас прямоугольного сечения. По всей длине нижней части камеры проходит сетчатый конвейер, где осаждаются волокна и формируется минераловатный ковер, который затем удаляется из камеры на последующую переработку в изделия. Ковер, выходящий из камеры, уплотняется подпрессовочным роликом.
Воздух, газы или паровоздушная смесь удаляются из камеры вентилятором, который отсасывает их из камеры на уровне, находящемся ниже сетчатого конвейера. В результате в камере создается разрежение, что способствует осаждению минеральных волокон и формированию ковра, а также препятствует попаданию волокон и газов в рабочее помещение.
Скорость движения сетчатого конвейера регулируется от 0,3 до 3,5 м/мин, что позволяет в зависимости от производительности плавильного агрегата поддерживать необходимую толщину минераловатного ковра.
¶ Нанесение связующего вещества
Для того, чтобы придать жесткость и форму минераловатному волокну, необходимо его дополнительно обработать связующим и модифицирующими гидрофобизирующими и обеспыливающими добавками.
Применяют три способа введения связующего и добавок в волокно:
- распыление или пульверизация,
- полив с вакуумированием,
- 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 2го, 3го, иногда и 4го валка центрифуги. Однако введение связующего через полый вал центрифуги недостаточно эффективно из-за его значительных потерь.
При введении связующего в волокно способом распыления раствор смолы разбавляют водой, а именно применяют рабочие растворы связующего 10-17% концентрации. Недостаток способа пульверизации - большие потери связующего при распылении (до 30%) и неравномерное распределение смолы в минераловатном ковре. Применение пульверизации технологически и экономически оправдано при изготовлении рулонного материала, а также мягких и полужестких плит с низкой и средней плотностью, такой способ применяется на производстве ISOROC.
На технологической линии (Рисунок 1) применен способ полива с ваккуумированием, этот способ целесообразен при получении жестких плит с горизонтальным направлением волокна.
Приготовляние связующего для жествих минеральных плит, происходит путем смешивания смолы, воды и концентрированной эмульсии с добавками. Смолы поступают на заводы по железной дороге в цистернах, затем их сливают в приемный бак центрального склада. Со склада смолу перекачивают насосом в расходный бак концентрированной эмульсии, установленный в цехе вблизи вагранок, откуда самотеком через дозатор смола поступает в бак-смеситель для разведения водой. В этот же бак подают воду с температурой 60–70°С. Продолжительность перемешивания смолы при разведении 3–5 мин. Из бака-смесителя рабочий раствор подается в расходный бак, также оборудованный мешалкой.
Связующее в виде плоской струи по наклонному листу подается на минераловатный ковер по всей его ширине. В месте подачи связующего под конвейером устанавливается вакуумирующее устройство. Создание вакуума способствует проникновению связующего вглубь минераловатного ковра. Излишки связующего отжимаются уплотняющим валком и поступают в бассейн, а затем перекачиваются в расходный бак. Применение этого способа позволяет в 2-3 раза повысить прочность изделий за счет более эффективного распределения связующего в волокнистом каркасе изделия и образования большого числа клеевых контактов.
¶ Тепловая обработка изделий
Минеральный ковер, пропитанный синтетическим связующим, проходит тепловую обработку в специальных камерах, в которых осуществляется подпрессовка ковра до заданной толщины, сушка и отверждение синтетического связующего.
Камера тепловой обработки является одним из основных агрегатов, входящих в состав технологических линий, определяющих качество выпускаемых изделий. При производстве минераловатных изделий на синтетических связующих используют различные конструкции камер тепловой обработки, отличающиеся:
- исполнением (пластинчатые или сетчатые конвейеры),
- тепловой и аэродинамической схемой работы (подвод теплоносителя снизу или сверху, с рециркуляцией или без рециркуляции)
- режимом тепловой обработки изделий.
Камера тепловой обработки состоит из нескольких секций: нагрева, испарения влаги (Т=100-105 оС), термических реакций (Т=180-250 оС), выдержки (полимеризация связующего), охлаждения.
Тепловая обработка осуществляется путем прососа горячего теплоносителя температурой 180-220 °С через минераловатный ковер. В качестве теплоносителя используют продукты сжигания топлива в топках, расположенных рядом с камерой или в отдельном помещении. Теплоноситель подается в камеру дымососом. Пройдя через минераловатный ковер, большая часть теплоносителя возвращается в топку на рециркуляцию, а другая часть удаляется из рабочего пространства камеры вентилятором. Время тепловой обработки минераловатных изделий составляет от 8-30 мин в зависимости от вида плит и связующего.
Камера состоит из 5 зон длиной по 4 м, каждая из которых оборудована своим теплоагрегатом. Теплоноситель с температурой > 220 °С подаётся в 1, 3, 4 и 5-ю зоны с помощью вентиляторов. В 1, 3, 4, 5-й зонах теплоноситель подается сверху-вниз, во 2-й – снизу-вверх. Ковер уплотняется и перемещается сетчатым конвейером, который двигается по направляющим столам с семью пластинами, расположенными на расстоянии 300 мм друг от друга. Конструкция камеры выполнена таким образом, что легко можно было сократить количество рабочих зон.
¶ Резка изделий
Раскрой ковра на плиты производят с помощью пил продольной и поперечной резки. На Рисунке 5 показан узел резки на производстве ISOROC.
Рисунок 5 – Резка минераловатного ковра на производстве ISOROC
Продольная резка производится в камере охлаждения с ножами продольной резки. Нож продольной резки предназначен для непрерывной резки минераловатного ковра на полосы шириной 500 мм. Ножи устанавливают над камерой охлаждения, куда отсасывается образующаяся при резке пыль. Дисковые ножи закрыты кожухом, предохраняющим рабочих от травм.
Поперечная резка производится на станке поперечной резки. Дисковый нож поперечной резки используют для резки непрерывно движущегося минераловатного ковра, предварительно разрезанного на полосы ножами продольной резки.
Готовая к применению продукция упаковывается в термоусадочную пленку, что при соблюдении правил хранения, погрузки и транспортировки служит гарантией сохранности.
Список используемых источников:
- Жуков А.Д. Технология теплоизоляционных материалов: учеб. пос. Ч. 1. Теплоизоляционные материалы. Производство теплоизоляционных материалов / ГОУ ВПО Моск. гос. строит. ун-т. – М.: МГСУ, 2011. – 431 с.
- http://stroyinform.ru/equipment/2899/1538/
- https://www.bazalt-most.ru
- https://isoroc.ru/about/proizvodstvo