Новости компании Вопросы и ответы
Галерея Статьи и публикации
Главная страница / Статьи и публикации / Эффективная технология производства современных базальтоволокнистых материалов

 Эффективная технология производства современных базальтоволокнистых материалов 

 Канд. техн. наук Н.П. Белякова, А.А. Скочилов,

канд. техн. наук Л.В. Узберг, В.М. Коровина, Г.В. Ефимова ОАО «ВОСТИО»;

Р.Р. Аведин, С.Б. Мирский компания «Emerol ltd.» (Ирландия) 2007 г.

 

Восточным институтом огнеупоров разработана технология получения базальтовых штапельных волокон, основанная на электродуговом способе плавления. Разработана, спроектирована и построена установка для производства базальтовых волокнистых материалов с использованием электродуговой печи мощностью 250 кВА в составе комплекса компании «Emerol Ltd» в Туркменистане.

Использованная в качестве плавильного агрегата в данной установке открытая однофазная двухэлектродная электропечь РПО-0,25 малой емкости разработана и изготовлена НПО «Элотерм» по техническим требованиям ОАО «ВОСТИО».

В настоящее время организовано производство и освоен промышленный выпуск базальтовых штапельных тонких и супертонких волокон и теплоизоляционных материалов из них.

Установка представляет собой непрерывную поточную технологическую линию, включающую: плавильную электодуговую печь; узел выпуска и раздува расплава; горизонтально расположенную камеру волокноосаждения с сетчатым конвейером; прошивную машину, встроенную на сетчатом конвейере за камерой волокноосаждения и узел резки и рулонирования.

В качестве сырья применяют горные породы Красноводского месторождения, представленные различными минералогическими разновидностями: диабаз; базальтовый порфирит; диабазовый и андезитовый порфириты; диорит; габбро-диорит (далее по тексту - базальтовое сырье). Усредненный химический состав базальтового сырья, масс. доля, %:

SiO2 48-52; Al2O3 16-18; Fe2O3 7-11; TiO2 1-2; CaO 7-10; MgO 4-8; Na2O+K2O 3-5; п.п.п. 3-6.

Красноводское базальтовое сырье с модулем кислотности 4,8-5,8 образует достаточно вязкие расплавы, что обусловливает выпуск расплава при относительно высоких температурах: 1600-1650° С. Применение такого сырья в однокомпонентном варианте нецелесообразно. В целях минимизации энергозатрат производства данное сырье корректировали СаО - содержащим материалом. Подшихтовка сырья известняком в количестве 10±2 % снижает вязкость с 5-9 Па·с до 2-4 Па·с в интервале температур 1450-1550° С, что обеспечивает достаточную текучесть расплава и формирование стабильной струи выпускаемого расплава при сравнительно низких температурах. Базальтовое сырье и корректирующую добавку известняка поставляют для подготовки шихты в виде дробленого кускового материала фракции 3-15 мм.

Конструкция плавильной ванны печи вытянутой формы, графитовая футеровка плавильного пространства и расположение электродов с противоположных сторон по длине ванны создают условия повышения интенсивности процессов плавления сырья и гомогенизации расплава, что способствует более быстрому достижению однородности расплава и его получению с высокими выработочными свойствами.

 

Приготовление рабочих расплавов ведут в следующих режимах:

  • ток 800-1200 А; напряжение на электродах 180-220 В;
  • температура в зоне плавления печи 1500-1650° С.

 

Параметры получаемого расплава:

модуль кислотности Мк 3,0-3,3; модуль вязкости Мв 1,82-2,17; поверхностное натяжение 570-580 кДж/м2; плотность 2,84-2,94 г/см3; энергия активации вязкого течения 142-165 кДж/моль.

 

Образующиеся за счет восстановления оксидов железа железистые осадки, представленные, в основном, металлическим железом и ферросилицием с примесью расплава, периодически удаляют из печи.

Выпуск готового рабочего расплава с вязкостью 2-4 Па·с осуществляют через выпускную летку из графитированного материала в виде непрерывной струи диаметром 8-10 мм. Оптимальная температура выпускаемой струи расплава, подаваемой на раздув, находится в пределах 1450-1520° С. Изменение температуры расплава при его раздуве ниже или выше указанных пределов приводит к снижению выработочных свойств расплава и, соответственно, качества получаемого волокнистого материала, в первую очередь, за счет повышения содержания «корольков», а также уменьшения длины и прочности волокон.

Раздув расплава в волокна осуществляют с помощью волокнообразующего устройства (дутьевой головки), расположенного по вертикальной оси соосно с диффузором. В качестве энергоносителя используется сжатый воздух давлением 4-6 атм. Между диффузором и камерой волокноосаждения расположена шахта для отделения неволокнистых частиц от вертикального потока волокон. Для более эффективного их разделения и уменьшения содержания неволокнистых частиц в готовой продукции предусмотрен дополнительный отдув волокон посредством вентилятора с боковой стороны шахты.

Для улучшения процесса волокнообразования при раздуве расплава вводят органические вещества типа эмульсолов или индустриальных масел, а также кремнийорганические жидкости, обеспечивающие достаточное поверхностное натяжение расплава, что способствует более эффективному расщеплению расплава на тонкие и супертонкие волокна. Количество подаваемых на раздув веществ определяется по его содержанию в готовом продукте от 0,6 до 2,0 %. Уменьшение подачи вводимых добавок снижает эффективность раздува и увеличивает содержание «корольков» в волокне.

Применение кремнийорганической жидкости, например, полиорганосилоксанов, при раздуве расплава, кроме того, способствует формированию ковра достаточной связности и получению волокнистого материала повышенной прочности без дополнительной сушки.

Выпускаемые базальтоволокнистые материалы характеризуются достаточно высокими показателями свойств, а именно:

 

Плотность, кг/м3

40-80

Средний диамет волокна, мкм

3-5

Теплопроводность, Вт/м·К,

при температуре 22±5° С

0,036-0,041

Сорбционное увлажнение, %

 

- при выдержке 24 ч.

0,17-0,36

- при выдержке 72 ч.

0,20-0,60

Сжимаемость, %

от 12 до 25

Содержание неволокнистых включений (корольков), %,

размером свыше 0,25 мм

8-12

Температура применения, °С

от -80 до +700

 

Коэффициент теплопроводности получаемых волокнистых материалов различной плотности при нагревании в интервале температур от 300 до     700° С на горячей стороне изменяется следующим образом:

 

 

45 кг/м3

60 кг/м3

80 кг/м3

300° С

0,045

0,090

0,110

350° С

0,055

0,100

0,121

400° С

0,078

0,110

0,136

450° С

0,100

0,127

0,147

500° С

0,119

0,138

0,163

600° С

0,10

0,185

0,209

700° С

0,195

0,215

0,238

 

 

Как видно из приведенных выше данных, разработанные базальтовые волокнистые материалы обладают целым рядом положительных свойств: малой объемной плотностью, низким водопоглощением, достаточной температурной устойчивостью, низким коэффициентом теплопроводности, обеспечивающим высокую теплоизолирующую способность материала. Высокие теплоизоляционные свойства базальтовых волокнистых материалов позволяют эффективно применять их для изоляции как различных тепловых агрегатов при высоких температурах (700° С), так и криогенных устройств, работающих при температурах от -80° С.

Достаточно высокие показатели свойств выпускаемых базальтовых волокон дают предпосылки их широкого применения в самых различных областях техники и промышленности, а также промышленного и гражданского строительства.

Основой технологии является одностадийный, бесфильерный, высоко-производительный способ, направленный на создание  технологичес-кого процесса, при  котором  достигается   высокая   степень однородности рас-плава, что значительно снижает энергозатраты производства. Не менее важно, что разработанная технология позволяет плавить относительно тугоплавкое сырье, что дает возможность расширить сырьевую базу для получения штапельных базальтовых волокон.

Организованное производство базальтового волокна, рулонного материала и прошивных матов является экологически безопасным.

 

Выпускаемая продукция

  • относится к группе негорючих (несгораемых) материалов;
  • является радиационно и токсически безопасным продуктом;
  • соответствует государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам.

 

Выпуск базальтоволокнистых материалов осуществляют по

ТУ 5762-001-59284560-2006.