Технологическая линия для производства стеклокристаллических изделий. Пр. 100 тыс. тон в год

Все шире области применения ситаллов в электронной промышленности. Их используют в качестве диэлектрической изоляции микросхем и межслойной изоляции печатных схем на керамических и других подложках. Ситаллы на основе горных пород (перлита и доломита) рекомендуются для изготовления высоковольтных стержневых и штыревых электроизоляторов. Стеклокерамические корпуса нашли применение для герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем. Литиево-алюмосиликатная стеклокерамика в сочетании с барийалюмосиликатным стеклом в наши дни служит наполнителем в материалах для пломбирования зубов.

Стеклокристаллические материалы  разделяют на ряд видов, важнейшими из которых являются ситаллы, получаемые из технически чистых материалов, и шлакоситаллы, получаемые на основе дешевого сырья - металлургических шлаков. Родиной шлакоситалла считают Советский Союз, где впервые были разработаны механизированная технология и оборудование для непрерывной варки шлакоситаллового стекла в ванной печи непрерывного действия, формования ленты и кристаллизации ее в конвейерной печи с целью получения черного, белого и светлоокрашенного шлакоситалла. В основе всех работ в этом направлении лежат исследования профессора И. И. Китайгородского, впервые введшего в обиход само слово «ситалл» и разработавшего концепцию использования отходов различных производств, включая доменные шлаки, для получения нового вида материала из стекла. Следует заметить, что первые шлакоситаллы в зависимости от чистоты шлакового сырья и его состава получались серых, коричневых, зеленовато-бурых тонов. Их применяли в основном в технике и строительстве (например, в виде листов и плиток для настила полов в химических цехах, гражданских сооружениях). Но для того, чтобы получить из них декоративные материалы, необходимо было расширить цветовую гамму. Естественно, любые цветные материалы можно создать на основе белого с использованием красителей. А белый шлакоситалл долго не удавалось получить. Лишь в 1970 г. был налажен выпуск белой разновидности шлакоситаллов. Панели и плиты из этого материала стали широко применять при облицовке фасадов

Авантюриновые стекла представляют собой цветные стекла с мелкими  кристаллическими включениями соединений хрома, железа, меди, обеспечивающие эффект мерцания и блеска за счет высокого показателя преломления этих кристалликов по сравнению с основным стеклом. Наиболее известно хромсодержащее авантюриновое стекло, декоративный эффект которого создается за счет мерцания более светлых кристалликов оксида хрома на фоне темно-зеленой стекломатрицы.

Стекломрамор представляет собой непрозрачное (глушеное) белое или цветное стекло с мраморовидным рисунком. Глушение возникает благодаря присутствию в массе стекла небольшого количества мелкодисперсной (10-15 мкм) кристаллической фазы с показателем преломления, отличным от показателя преломления основного стекла. Эта фаза вызывает рассеяние падающего светового потока и снижение светопрозрачности материала вплоть до полной потери прозрачности. Эффект глушения может обеспечиваться также применением определенных составов стекол, склонных к ликвационному (фазовому) расслоению и образованию двухфазных структур, на поверхности раздела которых также происходит рассеяние падающего света. Введение красителей и использование некоторых технологических и конструктивных приемов при стекловарении и формовании позволяет получать мраморовидный рисунок голубого, зеленого, синего, бежевого цветов.

Стеклокристаллит и стеклокремнезит относятся к материалам, получаемым путем спекания гранул стекла разного химического состава. Для спекания можно использовать как специально сваренные глушеные стекла, так и измельченные отходы листового, тарного, медицинского, электровакуумного стекла, отходы производства стекловолокна. Варьирование состава и дисперсности стеклогранулята, применение различных наполнителей, добавок порообразователей и других компонентов позволяет получать многочисленные разновидности этих материалов. Так, стеклокремнезит представляет собой трехслойный материал: верхний декоративный слой состоит из цветного стекла, основной слой - из глушеного стекла, в нижнем слое к глушеному стеклу добавлен кварцевый песок, который обеспечивает повышенную адгезию к цементному раствору.

Ситаллы относятся к стеклокристаллическим материалам с высоким содержанием мелкодисперсной кристаллической фазы - 60% и более. В основе получения этих материалов лежит теория катализированной кристаллизации стекол определенных химических составов. В процессе термической обработки, составляющей одну из основных технологических стадий получения ситаллов, во всем объеме предварительно отформованного стеклоизделия образуется масса беспорядочно ориентированных кристалликов различных силикатных фаз размером не более 1-3 мкм. Материалы имеют плотную однородную структуру, напоминающую структуру высокоплотной керамики. По внешнему виду ситаллы также похожи на керамические материалы. Существенным преимуществом строительных ситаллов является возможность использования при их получении промышленных отходов, содержание которых в исходных шихтах достигает 70%. В зависимости от вида применяемого сырья различают шлакоситаллы (на основе шлаков черной и цветной металлургии), золоситаллы (на основе топливных шлаков и зол) и петроситаллы (на основе горных пород и отходов горнообогатительных комбинатов). Высокие эксплуатационные характеристики ситалловых изделий (прочность и износостойкость, химическая стойкость, способность выдерживать высокие температурные перепады) обеспечивают этому классу материалов возможность широкого применения в строительстве. Так, шлакоситалл хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для настила полов промышленных и гражданских зданий, для облицовки наружных и внутренних стен, для футеровки строительных конструкций, подверженных химическим воздействиям и абразивному износу. Для расширения цветовой гаммы шлакоситалла его поверхность можно декорировать силикатными эмалями, деколями, ангобами.

Сигран - высокодекоративный стеклокристаллический материал с крупнокристаллической структурой. По текстуре он напоминает гранит, мрамор, яшму. Оригинальность и неповторимость рисунка достигается за счет присутствия в объеме материала отдельных сферолитоподобных кристаллов размером до 1 см или их скоплений. В зависимости от используемых красителей цвет сиграна может отражать всю палитру красок: белый, синий, голубой, красный, коричневый, серый. Особый декоративный эффект создается в результате разного цветового тона сферолитов и окружающей их стеклофазы. Сигран получают на основе недефицитного сырья (кварцевый песок, мел, доломит) по стекольной технологии, включающей, наряду с обычными для стекловарения технологическими стадиями, специальную термическую и механическую обработку.

 Нашей стране принадлежит  приоритет в разработке и внедрении  многих из перечисленных стеклокристаллических материалов. Так, разработчиками шлакоситалла, сиграна, стеклокремнезита являются отечественные ученые. На Константиновском заводе "Автостекло" (Украина) впервые в мире было организовано промышленное производство шлакоситалла методом прессования (плиты размером 300х300х20 мм) и методом непрерывного проката (непрерывная лента шириной 1600-1800 мм и толщиной 6-10 мм). Производительность одной высокомеханизированной линии по производству шлакоситалла белого и серого цветов составляла 500 тыс. кв. м в год. На Калужском стекольном заводе функционировала опытно-промышленная линия по производству плит размером 300х300х20 мм из сиграна, на Ленинском стекольном заводе (Москва) - промышленная линия по производству стекломрамора.

Анализ физико-химических свойств стеклокристаллических  материалов, их декоративных и эксплуатационных характеристик показывает, что этот класс искусственных материалов может успешно применяться в строительстве наряду с природными гранитами и мрамором для облицовки внешних и внутренних поверхностей зданий и сооружений, в качестве напольных и кровельных покрытий, для устройства внутренних перегородок, лестничных маршей, настилов и других строительных элементов.

Технологичность материалов, возможность создания непрерывных  поточных механизированных линий по их производству, использование недорогих  сырьевых материалов обеспечивают перспективность  производства стеклокристаллических  облицовочных материалов [2].

Шлакоситаллы получают из огненно-жидких шлаков, в которые вводят добавки, корректирующие их химический состав, и катализаторы кристаллизации (модификаторы TiO2, CaF2, P2O5 и др.). Шлакоситаллы при плотности 2500...2650 кг/м3 имеют высокую прочность (при сжатии до 650 МПа, при изгибе до 120 МПа), низкое водопоглощение (близко к нулю). Особенно ценные качества шлакоситаллов— высокая химическая и термическая стойкость, морозостойкость и малая истираемость.

Шлакоситалл выпускают в виде плоских и волнистых листов. Плоскими листами облицовывают цоколи и стены зданий; из них устраивают покрытия полов зданий с интенсивным движением (магазины, станции метро и т. п.). Волнистые листы целесообразно применять для кровель химических предприятий. Шлакоситаллы можно использовать для футеровки строительных конструкций и аппаратов, подверженных химической агрессии и абразивному износу (облицовка гидротехнических сооружений, полы и аппараты химических производств), а также труб и других изделий. Размеры плит из шлакоситалла приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Размеры плит из шлакоситалла

В миллиметрах

Длина	Ширина	Толщина
300	200; 300	6; 8; 10; 12
400	300; 400	6; 8; 10; 12
500	400	6; 8; 10
500	500	6; 8; 10; 12
600	300	6; 8; 10
600	600	6; 8; 10; 12

 

Прессованные плиты изготавливают  размерами 250×250; 250×300; 300×300 мм, толщиной 15 мм.

Допустимые отклонения толщины  составляют ±1 мм, длины и ширины ±2 мм. Отклонения граней от прямого угла не должны превышать ±2 мм при длине нормируемого участка 300 мм и ±8 мм при длине 125 мм.

Шлакоситаллы можно подвергать различным видам механической обработки: шлифованию, полированию, резке, сверлению алмазным или карборундовым инструментом. Обратная поверхность листов и плит может быть рифленой, с высотой рифов не более 2 мм.

Физико-механические свойства шлакоситалла: плотность – 2600… 2700 кг/м3; предел прочности при сжатии – 400… 600 МПа; кислотостойкость – 98 %; щелочестойкость – 83 %. Предел прочности при изгибе рядовых листов и плит должен быть не менее 65 МПа.

Плиты из шлакоситалла комплектуют по сортам и транспортируют в ящиках, контейнерах, пакетах или на поддонах. Плиты с окрашенными или шлифованными поверхностями укладывают лицевыми сторонами друг к другу. Просветы между стопами и стенками, дном и крышкой ящика заполняют деревянной стружкой. На поддонах плиты складывают в горизонтальном положении, прокладывая через каждые 10 плит гофрированный картон или бумагу.

Шлакоситалл эффективен для покрытия полов в вестибюлях зданий, вокзалов, станций метрополитена, торговых залах магазинов и т. п.

Шлакоситалловые плиты крепят на цементно-песчаных растворах, битумных и других мастиках [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Номенклатура и характеристика выпускаемой продукции

 

За базовое изделие  в проекте я выбрала шлакопартландцемент Так как это высокоизносоустойчивый и декоративный строительный материал для отделки наружных и внутренних стен и полов зданий и сооружений. Из механических свойств нормируются ударная прочность (не менее 2,5-103 Дж/м2), потеря массы при истирании (от 0,02 до 0,05 г/см2), предел прочности при изгибе (не менее 65 МПа в образцах). Цвет тёмно-серый. Кислотоупорность шлакоситалла не должна быть менее 98 %, щелочестойкость — менее 83 % в соответствии с ГОСТ 19246-82.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Характеристика сырья

 

Для получения стекломассы, пригодной для изготовления шлакоситалла, в состав входят металлургический доменный шлак, стекольный песок, доломит.

Зерна сырьевых материалов составляющих шихту имеют определенный размер, так как от этого зависит  равномерность их растворения и  склонность к расслоению и комкованию.

Для производства плит применяют  высококачественный стекольный песок  белого цвета с серовато-жёлтым оттенком, насыпной плотность 1500 кг/, влажность 5%, размер частиц от 0,5 до 1,3 мм.

Металлургический доменный шлак приходит на завод с отвалов  крупных металлургических предприятий с размером кусков 20-30 мм, насыпная плотность 1200 кг/ , влажность 10%.

Доломит поступает на завод  виде кусков размером 20-30 мм, насыпная пло- плотность 1450 кг/ , влажность 10%.

 

Расчёт состава  шихты для производства шлакоситалла

Исходные данные.

Химическия состав шихты для шлакоситалла ( в процентах): 57,6; 7 ; CaO 27,2; MgO 4,1; FeO 4,1. химический состав сырьевых материалов приведен в таблице 2.3.1.

Таблица 2.3.1  - Химический состав сырья

 

Материалы	Массовая доля оксидов, %
			CaO	MgO		П.п.п
Песок	99,5	-	-	-	0,15	0,35
Шлак	33	8	46	2	0,2	10,8
Доломит	0,9	0,8	30,64	21	-	46,66

 

Расчёт:

Для определения количества материала шихты составляем уравнение, обозначая количество песка – через x; шлак – y; доломит – z.

Составляем уравнение  для Si:

57,6 = 0,995y + 0,33x +0,009;

для :

7 =  0,08y + 0,008z;

для  CaO:

29,8 = 0,46y + 0,3064z;