СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЛОЧНОГО ПЕНОСТЕКЛА
METHOD OF BLOCK FOAMED GLASS

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.
3
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 м/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.
3
Отличительными условиями предлагаемой технологии получения блочного пеностекла является мощность плазмотрона 18 КВт при расходе плазмообразующего газа 1,0-2,0 м/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.
3
Параметры работы плазменного реактора с использованием электродугового плазмотрона УПУ-8М следующие: мощность 18 КВт; расход плазмообразующего газа аргона - 1,5 м/час.
При указанных режимах работы плазмотрона, которые являются оптимальными, полученное блочное пеностекло имело следующие свойства:
3
- плотность 0,252 г/см;
- 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 1Оптимальные параметры работы плазмотрона и свойства пеностекла
Параметры работы плазмотрона
Плотность пеностекла, г/см<sup>3</sup>
Теплопроводность пеностекла, Вт/м·К
Объемное водопоглощение пеностекла, %
Прочность при сжатии, МПа
Мощность, КВт
Расход аргона, м<sup>3</sup>/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 2Влияние 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/ см<sup>3</sup>;
- 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 3Сопоставительный 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