Технология производства теплоизоляционных материалов и изделий
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
Ижевский Государственный Технический Университет Кафедра «Управление качеством» Курсовая работа на тему: «Технология производства теплоизоляционных материалов и изделий». Выполнил: студент гр. 5-48-1 Проверил: Гольцова О. Б. Ижевск 2003 г. Содержание: Теоретическая часть Введение Способы поризации материалов Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия Органические теплоизоляционные материалы и изделия Полимерные теплоизоляционные материалы и изделия Приложение Использованная литература. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Техническое нормирование определение времени выполнения работы на основе установленного технологического процесса при рациональной организации труда и производства. На основе технического процесса подсчитывают прогрессивные нормы выработки и времени. Производительность труда плодотворность, продуктивность проведенной деятельности людей. Производительность труда измеряется количеством продукции, произведенной работником в сфере материального производства за единицу рабочего времени (час, смену, месяц, год) или количеством времени, которое затрачено на производство единицы продукции. Норма времени время, устанавливаемое одному работнику или группе рабочих для выполнения определенных производственных операций или для изготовления единицы продукции. На основании нормы времени рассчитывают норму выработки. Норма выработки число единиц работы (операций, изделий), которое должно быть выполнено в единицу времени (час, смену, месяц, год). Норма выработки является показателем производительности и принимается за основу при определении размеров сдельной оплаты труда рабочего. Норма выработки зависит от технической оснащенности, технологии, организации производства. Норма выработки Нвыр. обратно пропорциональна норме времени Нвр.: Нвыр. =Тр/Нвр., где Тр – продолжительность периода времени, на который задана норма выработки. Норма машинного времени это период, в течение которого машина выполняет работу непосредственно по обработке или перемещению изделия без непосредственного воздействия на него человеком. Производственный процесс совокупность совместных действий исполнителей и средств производства, в результате которых из исходных материалов, заготовок и составных частей получают продукцию определенно назначения. Технологический процесс часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему состояния предмета производства. Технологический процесс излагается в технологических и маршрутных картах. Вспомогательная операция часть технологического процесса, которая не изменяет формы, внешнего вида или свойств предмета труда, но необходима для выполнения технических операций. Рабочий прием совокупность нескольких непрерывных движений рабочего, характеризуемых определенной целью, объединяющей эти движения и постоянной их последовательностью. Рабочее движение однократное, непрерывное перемещение рабочего органа исполнителя (пальцев рук, кисти, стопы и т.д.), осуществляемое рабочим в процессе труда. Рабочее место часть производства, приспособленная для выполнения работником (группой работников) производственного задания; первичное звено предприятия. Рабочее место включает: основное и вспомогательное оборудование (станки, механизмы, агрегаты и т.д.), технологическую и производственную оснастку, приспособления, инструмент. При организации рабочего места учитывают антропометрические данные достижимые в области научной организации труда, рекомендации физиологии, психологии и гигиены, требований охраны труда, эргономики, инженерной психологии, технической эстетики. Захват участок для выполнения работ бригадой в течение определенного времени. Технологическая карта форма технологической документации, в которой записан весь процесс обработки изделия, указаны операции и их составные части, материалы, производственное оборудование, инструмент, технологические режимы, необходимое для изготовления изделия время, квалификация работников т.п. Строительные машины машины, применяемые в строительном производстве. Строительные материалы природные и искусственные материалы, применяемые при воздействии и ремонте зданий и сооружений. Основные виды: каменные и природные строительные материалы (штучный камень, щебень и т.п.), вяжущие материалы неорганические (цемент, известь, гипс и др.) и органические (битумы, дегти и т.п.); искусственные каменные материалы, лесные материалы. ВВЕДЕНИЕ Теплоизоляционными называют строительные материалы, которые обладают малой теплопроводностью и предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций жилых, производственных и сельскохозяйственных зданий, поверхностей производственного оборудования и агрегатов (промышленных печей, турбин, трубопроводов, камер холодильников и пр.). Эти материалы имеют небольшую среднюю плотность — не выше 600 кг/м3, что достигается повышением пористости. В строительстве тепловая изоляция позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций (стен, кровли), снизить расход основных материалов (кирпича, бетона, древесины), облегчить конструкции и понизить их стоимость, уменьшить расход топлива в эксплуатационный период. В технологическом и энергетическом оборудовании тепловая изоляция снижает потери теплоты, обеспечивает необходимый температурный режим, снижает удельный расход топлива на единицу продукции, оздоровляет условия труда. Чтобы получить достаточный эффект от применения тепловой изоляции, в инженерных проектах производятся соответствующие тепловые расчеты, в которых принимаются конкретные разновидности теплоизоляционных материалов и учитываются их теплофизические характеристики. Эти мероприятия позволяют успешно решать проблему экономии топливно-энергетических ресурсов. По основной теплофизической характеристике — теплопроводности — теплоизоляционные материалы делят на три класса: А — малотеплопроводные, Б — среднетеплопроводные и В — повышенной теплопроводности. Классы отличаются величиной теплопроводности материала, а именно: при средней температуре 25°С материалы класса А имеют теплопроводность до 0,06 Вт/(м-К), класса Б — от 0,06 до 0,115 Вт/(м-К), класса В — от 0,115 до 0,175 Вт/(м-К). При других средних температурах измерения теплопроводность материала возрастает согласно следующей зависимости: λt=λ0/(1+βt), где λt — теплопроводность при температуре t°C; λ0 — теплопроводность при температуре 0°С; β — температурный коэффициент, выражающий приращение теплопроводности материала при повышении его температуры на 1°С и равный 0,0025 (до 100°С — по данным О.Е. Власова). Наблюдаются исключения из этой зависимости, когда с повышением температуры материала теплопроводность его не повышается а снижается, например у магнезитовых огнеупоров, металлов. Самым характерным признаком теплоизоляционных материалов является их высокая пористость, поскольку воздух в порах имеет меньшую теплопроводность, чем окружающее его вещество в конденсированном состоянии (твердом или жидком). При величине пор 0,1—2,0 мм воздух имеет в них теплопроводность, равную 0,023—0,030 Вт/(м-К). Пористость теплоизоляционных материалов может составлять до 90 и даже до 98%, а супер тонкое стекловолокно имеет пористость до 99,5%. Между тем, такие конструкционные материалы, как тяжелый цементный бетон, имеет пористость до 9—15%, гранит, мрамор — 0,2—0,8%, керамический кирпич — 25—35%, сталь — 0, древесина — до 70% и т. п. Поскольку пористость непосредственно влияет на величину средней плотности, теплоизоляционные материалы обычно различают не по пористости, а по средней плотности. Их делят на три группы: особо легкие ОЛ (и наиболее пористые), имеющие марку по средней плотности (в кг/м3) в сухом состоянии 15, 25, 35, 50, 75 и 100; легкие (Л) — 125, 150, 175, 200, 225, 300 и 350 и тяжелые (Т) — 400, 450, 500 и 600. Материалы, имеющие среднюю плотность между указанными марками, относят к ближайшей большей марке. При средней плотности 500—700 кг/м3 материалы используют с учетом их несущей способности в конструкциях, т.е. как конструкционно-теплоизоляционные. В целом же следует отметить, что ориентация на низкую теплопроводность воздуха в порах хотя и обоснована, но не исключает поиска менее теплопроводных средне инертных газов, вакуума и других условий работы материалов. Теплопроводность резке возрастает при увлажнении теплоизоляционных материалов, так как теплопроводность воды равна 0,58 Вт/(м-К), т.е. примерно в 25 раз выше, чем у воздуха. При замерзании увлажненного теплоизоляционного материала происходит дальнейшее увеличение его теплопроводности, поскольку теплопроводность льда составляет 2,32 Вт/(м-К), т.е. в 100 раз больше, чем воздуха в тонких порах. Очевидно, что весьма важно предохранять теплозащитный слой в конструкциях и на оборудовании от увлажнения, тем более при возможном последующем замерзании влаги. Важным свойством утеплителя является морозостойкость при защите наружных ограждающих конструкций. Кроме различия теплоизоляционных материалов по теплопроводности и средней плотности они подразделяются также: по виду исходного сырья — на неорганические и органические. К неорганическим относятся минеральная и стеклянная вата (и изделия из них), вспученный перлит и вермикулит (изделия из них), ячеистые бетоны, керамические теплоизоляционные изделия и др.; к органическим — древесноволокнистые и древесностружечные плиты, камышит, теплоизоляционные пластмассы и др.; по форме материалов различают штучные (плиты, блоки, кирпич, цилиндры, сегменты), рулонные (маты, полосы, картон, матрацы), шнуровые (шнуры, жгуты) и сыпучие материалы (минераловатная смесь, вспученный перлит и др.); по способности к сжимаемости под нагрузкой (относительной деформации сжатия) теплоизоляционные материалы делят на три вида: мягкие (М), имеющие сжимаемость свыше 30% под удельной нагрузкой 2-103 Па, полужесткие (ПЖ) — соответственно — 6—30%, жесткие (Ж) — до 6%, повышенной жесткости — до 10% под удельной нагрузкой 4-103 Па и твердые — до 10% под удельной нагрузкой 10 кПа. Теплоизоляционные материалы, применяемые в холодильных камерах, холодильниках, рефрижераторах, а также во влажных условиях, должны иметь повышенные био- и водостойкость. К этим важным материалам предъявляются и некоторые другие технические требования — стабильность физико-механических и теплотехнических свойств, предельно допустимое количество выделяемых токсических веществ, требования в отношении возгораемости, экономичности. Теплоизоляция должна выдерживать действие высокой температуры и открытого пламени в течение определенного времени. Важно определить предельную температуру применения материала, а также строго придерживаться ее при назначении теплоизоляционных изделий: керамических — до 1200—1300°С, трепельного кирпича — до 900°С, из ячеистого бетона и пеностекла — до 400°С, органических — 75—100°С. Структура теплоизоляционных материалов характеризуется наличием твердой и газообразной фаз; нередко присутствует и жидкая фаза, например вода в свободном состоянии. Эти газообразная и конденсированные фазы участвуют в передаче теплоты; кроме того, теплота передается через границы пор с твердым веществом. Теплопередача пор складывается из теплопроводности газа в порах, конвективной передачи теплоты и теплоизлучения газа. Как отмечалось выше, теплопроводность воздуха при атмосферном давлении составляет при температуре 25°С около 0,025, при температуре 100°С — 0,031 и при температуре 1000°С — 0,079 Вт/(м-К). Такие же примерно значения теплопроводности имеют азот, кислород, а водород 0,20 Вт/(м-К). Эти значения теплопроводности учитывают при работе теплоизоляционного материала в соответствующей газовой среде. Второе слагаемое общей теплопередачи пор — конвекция. В порах размером меньше 5 мм она практически отсутствует и поэтому не учитывается. Но при большей величине пор или их непрерывности конвекция становится больше. Третье аддитивное слагаемое теплопередачи — теплоизлучение — зависит от черноты стенок пор, формы и размера пор, температуры. Величина излучения имеет большое значение при передаче теплоты в порах, особенно при высоких температурах, так как она пропорциональна кубу температуры. В результате может оказаться, что теплопередача при высокой температуре высокопористых изделий будет выше, чем менее пористых. Твердая фаза имеет большую теплопроводность и поэтому, когда она является в структуре непрерывной, теплопроводность материала оказывается в 2—2,5 раза выше, чем при непрерывности пор. В волокнистых теплоизоляционных материалах непрерывными в структуре являются как твердые фазы, так и поры, поэтому их теплопроводность весьма значительно зависит от лучистой составляющей теплопроводности. С учетом физических факторов, влияющих на общую или эффективную теплопроводность в гетерогенных пористых телах, на практике и в теории были предложены основные способы получения теплоизоляционных материалов: пористо-волокнистых (минеральной и стеклянной ваты, древесноволокнистых материалов с применением асбеста и др.), пористо-зернистых (перлитовых, вермикулитовых, известково-кремнеземистых и др.); ячеистых (газобетонов, пенобетонов, пеностекла, пенопластов и др.). Различие между ними не только в составе и структуре конечного продукта, но и в технологическом способе поризации. СПОСОБЫ ПОРИЗАЦИИ МАТЕРИАЛОВ К главнейшим искусственным способам поризации материалов с приданием им теплозащитных свойств относятся следующие. Способ газообразования основан на введении в сырьевую смесь компонентов, которые способны вызвать химические реакции с выделением в больших количествах газовой фазы. Газы, стремясь выйти из твердеющей пластической массы, образуют пористую структуру материала — газобетона, газосиликата, газокерамики, ячеистого стекла, газонаполненной пластмассы и др. В качестве химических газообразователей используются алюминиевая пудра и техническая перекись водорода (пергидроль). Алюминиевая пудра в результате реакции с гидроксидом кальция способствует выделению большого количества молекулярного водорода. Пергидроль легко разлагается в щелочной среде с образованием молекулярного кислорода. В обоих случаях вспучивается цементное тесто. Аналогично в расплавленные стекла и смолы вводятся реагенты, способствующие образованию газов СО2, N2 и др. Способ пенообразования основан на введении в воду затворения вяжущих пенообразующих веществ. Стабилизированные пузырьки пены представляют собой воздушные поры пенобетона, пеносиликата, пенокерамики и др. В качестве стабилизаторов пены для повышения ее стойкости до момента отвердевания вяжущего используются столярный клей, сернокислый глинозем, смолы и др. Пенообразователями служат соли жирных кислот — натриевые и калиевые мыла, мыльный корень и извлекаемый из него сапонин; клееканифольный пенообразователь, получаемый из канифольного мыла (соль абиетиновой кислоты C19H19COOH); алюмосульфонафтеновый пенообразователь, получаемый из керосинового контакта и сернокислого глинозема; гидролизованная кровь (ГК), получаемая путем обработки отходов мясокомбинатов по схеме техническая кровь + едкий натр + железный купорос + хлористый аммоний. Способ повышенного водозатворения состоит в применении большого количества воды при приготовлении формовочных масс (например, из трепела, диатомита) и последующего ее испарения с сохранением пор при высушивании. Этот способ применяют в производстве древесноволокнистых плит, торфяных, асбесто-трепельных и других материалов. Способ вспучивания заключается в нагревании до высоких температур некоторых горных пород и шлаков. Из сырья выделяются газы или водяные пары главным образом в связи с отделением химически связанной или цеолитной воды. При способе вспучивания сырьем служат перлит и обсидиан, вермикулит, некоторые разновидности глин, в особенности содержащие легкоплавкую закись железа (FeO). Эти и некоторые другие сырьевые материалы после вспучивания образуют соответствующие высокопористые теплоизоляционные материалы — вспученные перлит и вермикулит, керамзит, шлаковую пемзу и др. Так, например, при быстром нагревании вермикулит (вьюокогидратированный алюмосиликат магния) расщепляется на отдельные слюдяные пластинки, которых в 1 см3 насчитывается до 200 тыс. шт. (рис. 1). При этом зерна вермикулита сильно вспучиваются вследствие обильного выделения из минерала при нагревании химически связанной воды. Раздвигая пластинки, поры увеличивают объем зерен в 20—30 раз и более. Вспученный вермикулит характеризуется малой насыпной плотностью (80—150 кг/м.3), низкой теплопроводностью λ=0,09—0,12 Вт/(м-К). Обжиг производится во вращающихся и шахтных печах при быстром подъеме температуры до 800—1000°С и последующем охлаждении. Аналогичное увеличение объема при вспучивании происходит и при быстром нагревании в печах перлита (высококремнеземистой породы). Насыпная плотность вспученного перлитового щебня составляет 160—500 кг/м3. Пористость вспученного перлита может достигать 88—90% и более. Способ распушения заключается в изготовлении из сравнительно плотного минерального сырья волокнистого материала в виде бесформенной массы с возможным последующим приданием ей формы изделий. Наибольшее распространение этот способ получил в производстве минеральной и стеклянной ваты и изделий из них. Сырьем для минеральной ваты служат пегматиты, туфы и другие горные породы и металлургические шлаки, а для изготовления стеклянной ваты используют стеклянный бой и отходы стекла на стекольных заводах. Способом распушения получают также органические теплоизоляционные материалы — хлопковую и шерстяную вату, ватные изделия (ватин, войлок), древесные волокна и др. В нашей стране наибольшее применение в строительстве находит минеральная вата в связи с доступностью местного сырья. Для оценки пригодности сырья определяют его химический состав и модуль кислотности. В общем случае оптимальный химический состав шихты: SiO2 — 40-42%, Аl2Оз — 12%, Fe2O3 — 3-4%, СаО — 30%, MgO — 10-12% при модуле кислотности М = 55:45 = 1,22. Рекомендуемые пределы модуля кислотности 0,6—1,5, при значениях которого толщина волокон ваты составляет 2-10 мкм, тогда как при его увеличении ухудшается вата, и волокна достигают толщины 10-40 мкм. Самым распространенным способом плавки шихты является ваграночный; применение ванных пламенных и электрических печей более ограничено. Вагранка — шахтная цилиндрическая печь из листовой стали и футерованная изнутри шамотным кирпичом. В зависимости от производительности вагранки диаметр шахты, куда загружают шихту, составляет от 750 до 1250 мм при высоте, в 425 раз большей диаметра. Охлаждение шахты в зоне плавления производится с помощью водяной рубашки. Максимальная температура газов в вагранке достигает 1700°С и выше, что зависит от интенсивности горения кокса. Вязкость вытекающего расплава составляет не более 2,0—2,5 Па-с, что регулируется добавлением в шихту плавней. Существует несколько способов переработки расплавов в минеральную вату, но к основным относятся дутьевой и центробежный. При дутьевом способе расплав попадает на желоб и рассекатели. Вертикальная струя расплава разбивается струей пара или воздуха, поступающих к соплу под давлением 0,6—0,8 МПа и выходящих из сопла со скоростью 700—800 м/с. При встрече со струей расплава образуются капли, вытягивающиеся в цилиндрики и грушевидные тела. Дальнейшее удлинение грушевидных тел приводит к образованию нитей из расплава при раздуве. Часть волокон не успевает оформиться и остается близкой по форме к каплям-шарикам, называемым корольками. С увеличением давления и скорости истечения уменьшается количество нежелательных корольков в вате. Волокна, образовавшиеся при раздуве, увлекаются в специальную камеру и там осаждаются. В нижней части камеры установлен сетчатый конвейер, оканчивающийся валиками для подпрессовки ваты. Для придания эластичности волокна опрыскивают синтетическим связующим или битумом, что позволяет придавать вате форму матов, плит и др. При переработке расплава центробежным способом струя направляется на горизонтально расположенный диск с радиальными насечками (канавками). Диск насажен на вертикальный вал, который от мотора передает вращательное движение диску со скоростью 3500—4000 об/мин. Под влиянием центробежной силы струя, стекающая по канавкам с диска, разбрасывается в виде тончайших нитей, прижимаемых сжатым воздухом к корпусу установки. Волокно из центробежной установки переносят к прессу и прессуют его в кипы или направляют на формование изделий. Качество минеральной ваты характеризуется средней плотностью от 50 до 125 кг/м3, пористостью — до 90%, теплопроводностью — 0,038—0,043 Вт/(м-К) при температуре 25±5°С. Дутьевым и центробежным способом получают также стекловату, а направленное стекловолокно — способом непрерывного вытягивания нити из отверстий (фильер) жароупорной пластины (фильерный способ). Получаемые нити отличаются высокой прочностью на растяжение: при диаметре 4—5 мкм прочность составляет до 50 МПа. Способом распушения получают асбест, а затем асбестовый материал, являющийся хорошим теплоизолятором, особенно в виде асбестовых бумаги, картона, войлока, а также пластичных смесей и изделий на основе вяжущих. Известен еще один способ поризации теплоизоляционных материалов — способ выгорающих органических веществ, вводимых в сырье как порообразующие добавки, в частности, при производстве керамических теплоизоляционных изделий. К керамическому сырью — диатомиту, трепелу, глине и т. п. — добавляют опилки дробленый уголь, торф, лигнин и др., а для мелкой и равномерной пористости — нафталин, который при нагревании полностью улетучивается (возгоняется). На выгорании органического «ядра» из сферической минеральной оболочки основано производство полого шарообразного заполнителя — керамического вакулита (рис. 2). Этот способ позволяет использовать невспучивающееся сырье, учитывая дефицитность вспучивающихся глин. Насыпная плотность вакулита — до 300 кг/м3; используют в теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах. Кроме свойств, упоминавшихся выше (теплопроводности, прочности, средней плотности), следует отметить еще ряд свойств теплоизоляционных материалов, обусловливающих их качество. Температуростойкость и стойкость к термической деструкции характеризуют способность материала выдерживать длительный нагрев при высокой температуре без изменения своего состояния. От этого свойства зависит максимальная температура применяемого материала, например минеральной ваты каолинового состава — до 1150°С, вспученного перлита — до 900°С, обычной минеральной ваты — до 600°С. Огнестойкость характеризует способность воспламеняться и гореть. Влагопоглощение — способность поглощать, а водоудерживающая способность — удерживать влагу при контакте с ней. Вместе с другими свойствами — водостойкостью, гигроскопичностью, водопроницаемостью — они отражают важные стороны качества теплоизоляционных материалов и изделий. Вода отрицательно влияет и на теплозащитные свойства материалов, и на его долговечность в конструкциях. Устраивают защитные покрытия по теплоизоляции из стеклопластиков, алюминиевой фольги и др. |