Одностадийный способ производства пеностекла с применением форм

Одностадийный способ производства пеностекла с применением  форм 

О состоянии  производства пеностекла по одностадийному способу можно судить как по литературным данным [1—10], так и по результатам  натурных исследований, полученным нами на Гомельском и Кучинском заводах. 

Впервые в СССР этот способ был освоен на Гомельском стеклозаводе в 1953 г. [3, 11]. Вспенивание  и отжиг пеностекла проводили  в туннельной печи в жаростойких  металлических формах, устанавливаемых  на вагонетки в три ряда по высоте и два по ширине канала. В связи с недостаточной изученностью данного способа производства и главным образом работы туннельной печи авторы и руководство завода предложили повысить производительность печи за счет увеличения высоты ее канала с тем, чтобы садку форм можно было бы производить в пять рядов. В 1956 г. такая схема размещения форм была осуществлена в печах вновь построенного цеха пеностекла на этом же заводе (вторая очередь). Температурный режим этих туннельных печей (рис. 1. 5) включал нагрев пенообразующей смеси со скоростью 3,3 ° С/ч, вспенивание 1 ч, так называемое «резкое» охлаждение за 2 ч (по 1,65 °С/мин) и отжиг в течение 14 ч 44 мин со скоростью в интервале температуры 600—400 °С — 0,4 °С/мин и 400— 50 °С — 0,7 °С/мин.

По отчетным данным завода, пеностекло обладало следующими свойствами: у — 170—240 кг/м3; λ — 0,08 ккал/(м*ч*°С); Rсж — 8—10 кгс/см2; W — до 10%. В отдельные периоды работы отмечено повышение водопоглощения до 20—30%, что, по заключению специалистов завода, объясняется затруднениями в поддержании заданного температурного режима в печи, большой ее инерционностью и отсутствием изотермии по сечению канала печи. 

В 1969—1972 гг. нами проводились систематические натурные исследования работы пятиярусных печей  Гомельского стеклозавода и трехъярусной печи Кучинского комбината, цель которых заключалась в выявлении несоответствий режимного характера и разработке мероприятий по улучшению работы печей. 

Прежде всего  было изучено распределение температуры  в различных сечениях канала печи (рис. 1. 6) для установления допустимых границ колебания ее и разработки мероприятий режимного характера. Полученные значения t и t' (рис. 1. 7) сопоставлялись с данными замеров температуры в точках А, Б, В, Г (см. рис. 1.5), характеризующих заданную температурную кривую и находящихся на 150—200 мм выше верхнего ряда форм, т. е. у свода печи. 

В зоне подогрева (сечение А, рис. 1.7) наблюдается отставание локальных температур в точках 1—5 и 1'—5' против заданной в точке А, что можно объяснить сопротивлением, садки форм и расположением влетов каналов, через которые удаляются дымовые газы из зоны подогрева. Наибольший градиент температуры обнаружен в точках 1'—5', причем значения Δt' так же, как и Δt, с отрицательным знаком. Это означает, что основное количество дымовых газов движется по подсводному каналу и затем у стенок печи направляется к влетам. Поэтому значение — Δt' наибольшее в точках 1', 2' и 3' и составляет 45—50 °С. 

В зоне вспенивания (см. рис. 1.6) в сечении, соответствующем  точке Б, температурное поле характеризуется еще большей неоднородностью, хотя в общем плане прослеживается та же закономерность, что и для сечения А (рис. 1.7, б), т. е. отставание температуры в точках 1'—5'. В точках 1—5, наоборот, обнаружено значительное повышение локальных температур, особенно в точках 1 и 2, что связано с воздействием у влетов горелок открытого пламени на стенки металлических форм. В то же время Δt' в точках 3', 4' и 5' составляет 45—60 °С и имеет обратную направленность, что противоречит условиям нормального развития структуры пеностекла [1,3]. 

Нами сделана  попытка по локальным значениям  температуры найти область допустимых ее значений в зоне вспенивания.

Для определения  границ этой области были также изучены  некоторые свойства пеностекла (структура, водопоглощение, прочность). Образцы выпиливались из блоков пеностекла в каждом по высоте ряду. В результате выполненных работ определена температурная область (на рис. 1.6 она очерчена сплошной линией), которая в верхней части канала печи проходит по 4-му ряду форм, по краям у 2-го и 3-го ряда на расстоянии 50—100 мм от края форм, а в нижней части (первый ряд) захватывает около 40% формы. За пределами этой области вспенивание неудовлетворительное, свойства пеностекла не соответствуют ТУ 1555-68 главным образом по структуре (рис. 1. 8), водопоглощению, прочности и объемной массе (рис. 1. 9).

В сечении В, расположенном в конце зоны замедленного охлаждения (400 °С), обнаружено отставание температуры в точках 1'—5' и в  точках 1—5. В точках 1, 2 и 3 Δt' положительный и составляет 80—100 °С. У стен печи максимальное значение Δt составляет 55 °С, причем градиент температуры в одном блоке (между точками 2 и 2' 3 и 3') достигает 45 °С (см. рис. 1. 7, б). Оценивая такой характер распределения температуры в этом сечении, можно отметить, что принятая схема расположения форм в туннельной печи с многоярусной садкой форм не соответствует требованиям [7, 12], предъявляемым к отжигу пеностекла, по величине допустимых градиентов температуры в одном блоке [13—15] и по скорости отжига [2, 14, 16]. 

Такая же закономерность изменения температуры обнаружена и в сечении Г, т. е. на выходе форм из туннельной печи. Высокие значения температуры между рядами форм (до 160 °С) способствуют образованию трещин в блоках пеностекла, подверженных резкому охлаждению в конце туннельной печи. Поэтому после выхода из печи их выдерживают в течение 1—2 ч с тем, чтобы дополнительно охладить. 

Образование трещин и реже посечек вызвано, очевидно, малым значением упругой деформации пеностекла. Изделие, находясь в металлической форме в сжатом состоянии, вследствие неодинаковой усадки металла и пеностекла при охлаждении стремится уравновесить возникшие при этом напряжения.

Но упругие  свойства пеностекла неодинаковы из-за локальных различий в его структуре и объемной массе, поэтому в наиболее ослабленных местах вследствие возникших перенапряжений может произойти разрушение. Величина такой трещины или посечки находится в прямой зависимости от градиента неоднородности структуры, уровня несогласованности дилатометрических свойств стекла и возникших в нем при термообработке кристаллических включений. 

Наличие отмеченных выше дефектов в пеностекле, отжиг  которого производится в туннельных многоярусных печах в металлических  формах, подтверждается также данными табл. 5, из которых видно, что вследствие неупорядоченной структуры (см. рис. 1.8), значительного колебания основных свойств (см. рис. 1. 9) и неудовлетворительного отжига из 60,8% извлеченных из форм целых блоков на Гомельском стеклозаводе только 22,3% опиливаются удовлетворительно.

На Кучинском  комбинате выход целых блоков составляет всего лишь 6,3%. 

Изменение некоторых  свойств пеностекла в зависимости  от размещения форм в трехъярусной туннельной печи Кучинского комбината  показано на рис. 1.10. Характер кривых и расположение их на графике указывают на невысокое качество выпускаемой продукции. 

Рассмотрев одностадийный  способ производства пеностекла, необходимо отметить, что многоярусные туннельные печи не обеспечивают получения пеностекла высокого качества из-за отсутствия возможности поддержания требуемой для вспенивания изотермии в поперечном сечении канала печи и несогласованности дилатометрических свойств пеностекла и металла форм, в результате чего разрушение блоков наступает на стадии их отжига.

Особенности формирования температурных полей в различных  сечениях канала многоярусной печи противоречат требованиям вспенивания пеностекла, среди которых главным является наличие положительного градиента  температуры между низом и  верхом форм, необходимого для уравновешивания гидростатического давления пеномассы. 

И наконец, ввиду  длительности процесса термообработки пеностекла в многоярусной туннельной печи возможна кристаллизация стекла, что значительно ухудшает его  основные свойства — прочность и  водопоглощение. 

Таким образом, рассматриваемый способ производства не может быть рекомендован для широкого внедрения как не обеспечивающий получения пеностекла высокого качества при низкой его себестоимости. Однако этот вывод относится лишь к установкам с многоярусной садкой форм. Сама идея одностадийного способа получения пеностекла прогрессивна, несмотря на отдельные ее недостатки [3, 17].