КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛОВАТНЫХ ПЛИТ ИЗ ГАББРО-БАЗАЛЬТОВОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к производству теплоизоляционных материалов типа минераловатных плит и конструкций на их основе: кровля, стены, фасады зданий и сооружений. Может быть использована в различных отраслях промышленности: стройиндустрия, машиностроение, энергетика и пр.
Известны описанные в технической литературе способы и устройства для производства минерального, стеклянного, шлакового и других волокон путем плавления сырья в коксовых, газовых, электрических и других печах, переработка расплава в волокно, подачи связующего, формования и отверждения минераловатного ковра, резка на мерные изделия, например, в виде плит (1, 2, 3, 4).
Недостатком известных способов и технологических установок является низкий тепловой КПД плавильных агрегатов, высокие энергозатраты на подготовку и плавление сырья, недостаточная хим-водоустойчивость и температуростойкость волокон и, как следствие, невысокая долговечность и низкие эксплуатационные характеристики изделий на их основе. Кроме того, выбросы отходящих газов, содержащих пыль волокна, пары фенола, формальдегида и других соединений, входящих в состав связующего, оказывают вредное воздействие на окружающую среду.
Из источников патентной литературы известны способы изготовления минерального волокна из тугоплавких горных пород (5, 6). Плавление шихты по известной технологии осуществляют в плавильных печах различного типа, например газовой ванной, электрической индукционной и пр.
Недостатком данных изобретений является применение энергозатратных плавильных печей и необходимость предварительной подготовки шихты (обжиг, смешение, увлажнение компонентов и пр.)
Наиболее близким к заявляемой полезной модели (прототип) является техническое решение по патенту РФ №2149841, 1999 г. (7). В известном изобретении описана технологическая линия для производства минераловатных плит из базальтосодержащей породы.
Поступающую из дозатора и предварительно подогретую базальтовую породу плавят в электродуговой печи донного типа с углеродными электродами, выдерживают в стабилизирующей камере печи до усредненного состава стекломассы и расплава железа. Затем расплав железа удаляют, а охлажденный расплав стекломассы сливают через фильеру, снабженную втулкой из молибдена или циркония, и раздувают паром посредством эжектора. Образовавшиеся базальтовые волокна осаждают в специальной камере, откуда они поступают в устройство для формирования изделий.
Недостатком технологической линии является сложность конструкции плавильной печи, содержащей плавильную камеру совместной донной выдачи расплава базальта и восстановительного железа, а также наличие внутри печи колосниковой решетки, отделяющей стабилизирующую камеру от топочного пространства. Кроме того, стабилизирующая камера снабжена дополнительными нагревателями, что приводит к повышенному расходу электроэнергии на обеспечение необходимого теплового КПД печи. Применение дутьевого способа образования волокон (вместо центробежно-валкового, как более эффективного) не может обеспечить требуемого качества базальтового волокна и, как следствие, надежных эксплуатационных характеристик изделий на основе такого волокна. Наличие молибденовой (или циркониевой) втулки фильеры для слива расплава требует создания защитной атмосферы вокруг нее из инертных газов, что конструктивно сложно и дорогостояще.
Задача полезной модели - повысить качество минераловатных плит, снизить энергозатраты и неблагоприятное воздействие на окружающую среду.
Поставленная задача достигается созданием комплексной технологической линии для производства минераловатных плит из габбро-базальтового сырья содержащей плавильную печь, центрифугу с подачей связующего, камеру волокноосаждения, раскладчик и уплотнитель минераловатного ковра, камеру тепловой обработки, устройство резки и упаковки плит, систему очистки отходящих газов.
Плавильная печь оснащена тремя вертикальными электродами, установленными симметрично относительно вертикальной оси печи с наклоном к ней под углом 15-40 град. в направлении днища печи с возможностью поворота электродов в вертикальной плоскости в направлении от оси к стенкам печи.
Система очистки газов, отходящих от камер волокноосаждения и тепловой обработки, выполнена двухступенчатой и включает фильтр водный очистки на первой ступени и фильтр с биохимическими реагентами на второй ступени очистки.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 - изображена схема компоновки технологической линии по производству минераловатных плит, на фиг.2 - вертикальный разрез электропечи для плавления габбро-базальтового сырья.
Базальт или другую горную породу габбро-базальтовой группы через систему бункеров, дозаторов и транспортеров 1, 2, 3 подают шнековым, ленточным, или другим загрузчиком 4 на плавление в электродуговую печь 5 (фиг.1). Плавильная печь 5 (фиг.2) оснащена тремя электродами 24, установленными вертикально и симметрично относительно вертикальной оси печи с наклоном к ней под углом 15-40 град. (на первичном этапе плавки сырья) в направлении днища печи 5, что позволяет при сведенных почти вплотную электродах образовать электрическую дугу для розжига печи и наплавления первичной части расплава. Загрузку габбро-базальтового сырья ведут в центральную зону 25 печи 5, имеющую наиболее высокую температуру, что предопределяет высокую скорость плавления сырья, гомогенность расплава и высокое качество получаемого волокна. Розжиг и наплавка при этом занимают значительно меньше времени, чем при использовании традиционной коксовой засыпки между вертикальными электродами.
Перемещение электродов 24 в зону расплава осуществляется посредством механизма подъема-опускания кареток 26 по направляющим 28 от привода 27 ходовыми винтами.
Постепенно раздвигаемые электроды 24 (т.е. поворачиваемые в вертикальной плоскости в направлении от вертикальной оси печи 5 к ее стенкам) в ручном режиме посредством вращения ручек домкратов 29, шарнирно связанных с механизмами 26 подъема-опускания электродов 24, инициируют вращательное движение расплава. При этом интенсифицируется процесс плавления (до 1450-1650 град. С) добавляемого сырья под воздействием на расплав переменными электромагнитными полями, образующимися в межэлектродном пространстве, что приводит к физической и температурной гомогенизации (однородности) расплава. В итоге сокращается время на разогрев и вывод печи на рабочий режим с 6-8 часов до 2-2,5 часов, повышается производительность печи, улучшается качество минерального волокна, производимого из гомогенного расплава. В этой связи появляется возможность работы на однокомпонентной шихте (базальт, диабаз, амфиболит, габбро, порфирит, андезит и их аналоги) без добавок карбонатных пород (известняк, доломит), требующих значительных затрат на их декарбонизацию. Таким образом тепловой КПД печи достигает более 75%, что существенно выше, чем у коксовых вагранок (28-32%) или ванных газовых печей (14-18%). Напряжение на электроды 5 подается через алюминиевые (латунные) хомуты 30. Электропечь оснащена трансформатором 21, шинопроводами 22 и шкафами управления 23.
Далее струю расплава подают на центрифугу 6, откуда образовавшееся волокно отдувают на конвейер камеры волокноосаждения 7. Одновременно через узел подачи связки вводят раствор синтетического связующего и обеспыливающей добавки через специальные форсунки. Раствор готовят в специальной системе 19, оснащенной насосами-дозаторами. Затем тонкий слой минераловатного ковра, пропитанный связующим, через маятниковый раскладчик 8 и уплотнитель 9 подают в камеру тепловой обработки (сушки) 10, оснащенную газовыми горелками 14 с вентиляторами и дымососами 16, 20. Далее затвердевший ковер через зону охлаждения подают на устройство резки 11 на плиты заданного размера и установку упаковки 12 в термоусадочную полиэтиленовую пленку.
Отходящие газы от камер волокноосаждения 7 и тепловой обработки 10 с помощью вытяжных вентиляторов 15, 18 подают на очистку от пыли в фильтр водной очистки 17, а затем дымососом 20 на установку биохимической очистки 13, что гарантирует полную очистку от пыли и химических компонентов, уничтожаемых специальными бактериями. Все твердые отходы сырья, расплава, неволокнистые включения и улавливаемую пыль собирают в специальные емкости и возвращают в электропечь на переплавку. Все водные системы закольцованы и действуют в оборотной системе с собственной очисткой. Вредных стоков и выбросов нет.
Такая комплексная система позволяет очищать все отходящие газы с высокой степенью очистки (96-99%) и существенно снижать вредное воздействие на окружающую среду. Полученной на данной комплексной технологической линии минеральное волокно имеет модуль кислотности более 4, средний диаметр волокон 4-6 мкм, водостойкость (рН) менее 3,0 при плотности 35-50 кг/куб.м и температуре применения 700 град. С.
Изготовленные из такого волокна минераловатные плиты имеют физико-технические показатели, значительно превосходящие требования ГОСТ 9573-96 при прогнозируемой долговечности в конструкциях сроком более 50 лет.
Литература
1. Китайцев В.А. «Технология теплоизоляционных материалов», М., «Стройиздат», 1970 г., стр.57-126.
2. Горяйнов К.Э., Коровникова В.В. «Технология производства полимерных и теплоизоляционных изделий», М., «Высшая школа», 1975 г.
3. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устенко А.А. «Технология теплоизоляционных материалов», М., «Стройиздат», 1980 г., стр.138-212.
4. Сухарев М.Ф., Майзель И.Л., Сандлер В.Г. «Производство теплоизоляционных материалов», М., «Высшая школа», 1981 г., стр.32-124.
5. Патент РФ №2090524, 1994 г.
6. Заявка РФ №95100149, 1994 г.
7. Патент РФ №2149841, 1999 г. (прототип).