Диссертация (1026327), страница 10
Текст из файла (страница 10)
При больших концентрациях {Al3+} этого явления наблюдатьсяне должно, т.к. осаждение аммиаком не позволяет получить pH более 11,5.Согласно проведенных исследований, оптимальным условием полученияматериала на основе базальтового волокна является проведение операцииосаждения связующего в строго контролируемых условиях pH.На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:•скорость фильтрации пульпы имеет минимальное значение приpH=4,5÷7;•максимальноеколичествогидроокисирасчетному) удерживается в образце при pH=6,5÷8,5;алюминия(близкоек64•Изпри pH=9 проскок связующего составляет до 10 %.анализаданныхпопроскокусвязующегоифильтрационныххарактеристик пульпы можно сделать следующее заключения: при оценкевлияния pH гидромассы, состоящей из минеральных волокон и гидрооксидаалюминия установлено, что наиболее рациональными режимами, при которыхнеобходимо вести гидролиз, является pH=7,5÷8,5.
В этом случае можнообеспечить расчетное количество окиси алюминия в теплозвукоизоляционномматериале при сохранении достаточно высокой скорости фильтрации, чтообеспечит наиболее стабильные характеристики материалов.2.4. Разработка технологии изготовления и математической моделифильтрационного осаждения коротких базальтовых волокон со связкойAl2O3 при формообразовании цилиндрических колец для определениятеплофизических характеристик материала изделияИзготовлениецилиндрическихобразцовнепосредственносвязаносразработкой и исследованием второй технологической стадии формообразованиявысокопористых теплоизолирующих изделий. На стадии формообразованиянеобходимо приготовить более вязкую и «густую» пульпу – суспензию на основеполуфабриката из коротких базальтовых волокон и связки Al2O3, разработатьматематическую модель процесса фильтрационного осаждения с постояннымвнешним давлением на зеркало пульпы, определить технологические параметрыформованияцилиндрическихобразцов,необходимыхдляисследованиятеплофизических характеристик материала изделий.Следует отметить, что при свободном фильтрационном осаждении волокониз пульпы, цилиндрические кольца с высотой стенок более 50-60 мм, имелиразброс плотности материала по высоте до 12-15 %, а время набора слоя осадкасогласно формуле (2.7) составляет не менее 60 мин.Эффективность использования тугоплавких минеральных волокон втеплоизоляционных материалах определяется видом и типом связующего.
При65выборе минеральной связки в виде высокоогнеупорных оксидов предпочтениебыло отдано окиси алюминия, который наиболее доступен и обладает достаточновысокой химической и термической стойкостью.Образование связки в виде окиси алюминия происходит через стадиюгидролиза соли сернокислого алюминия в водном растворе аммиака. Полученнаягидроокись алюминия в процессе термообработки отформованного изделия притемпературе 300-500 °С термически разлагается и образует окись Al2O3.Назначениесвязкиввысокопористыхволокнистыхтеплоизоляционныхматериалах – скрепление отдельных минеральных волокон между собой в местахих соприкосновения для придания изделию прочности и упругости.Для проведения лабораторных исследований в области теплофизическихфакторовбылиизготовленыбазальтовых волоконтеплоизоляционныеобразцыизи минеральной связки на основе А1203короткихв видецилиндрических колец (Рис. 2.17) методом фильтрационного осаждения.Разработанный технологический процесс подготовки пульпы (гидромассы)из коротких базальтовых волокон и минеральной связки на основе А1203 включаетследующие основные операции:1.Входнойконтрольосновныхкомпонентовнаналичиесоответствующего сертификата.2.Подготовка компонентов:2.1.Подготовкабазальтовоговолокнаввидеполуфабриката,изготовленного на 1 стадии фильтрационного осаждения2.2.Подготовка минеральной связки на основе оксида А12O3.3.Дозирование компонентов для приготовления гидромассы:3.1.Взвешивание волокнистого наполнителя из полуфабриката.3.2.Дозирование раствора алюминия сернокислого.3.3.Дозирование аммиака.3.4.Перемешивание компонентов и получение равномерной пульпы.4.Формование изделий методом фильтрационного осаждения:664.1.Приготовленную пульпу (гидромассу) из ёмкости наливают в корпуспресс-формы с перфорированным промежуточным дном.
Фильтрационноеосаждение коротких базальтовых волокон из пульпы на перфорированнуюперегородку происходит под постоянным внешним давлением на зеркало жидкойпульпы под действием силы тяжести или давления газа, но без вакуумированиякамеры фильтрата (Рис. 2.17).4.2.Определение времени фильтрации.Толщина сухого слоя hсл осадка и его плотностьρ сл связаны споверхностной плотностью γсл слоя равенством:γ сл = ρсл ⋅ hсл = См ⋅ Hп(2.12)где γсл - поверхностная плотность, кг/м2; См - массовая концентрация волокон впульпе, кг/м3; H п - начальная высота столба пульпы, м.абРис.
2.17.Образец (а) и схема пресс-форма (б) для формования цилиндрическихтеплоизоляционных колец из коротких базальтовых волокон и минеральнойсвязки А12O367Время набора слоя волокон определим из дифференциального уравненияДарси (2.4) при постоянном перепаде давления ∆P = P1 − P2 [65]:U=K д ⋅ (∆P) dx=η п ⋅ hслdt(2.13),где U - скорость течения жидкости через пористый слой, м/с; Kд - коэффициентпроницаемости, м2; ∆P - перепад давления на слое осадка, Па; ηп - динамическаявязкость, Па·с.
Интегрируя уравнение (2.13) с заменой dx = dγ сл См и учетом (2.12)при постоянном перепаде давления ∆P = const , создаваемого силой тяжести,давлением газа или центробежным насосом, получим:γ сл2 = 2 ⋅ C м ⋅ ρ сл ⋅Kдηп⋅ ∆P ⋅ t ф(2.14)Преобразуя (2.14) с учетом (2.12), найдем время набора толщины слояволокон:tф =η п ⋅ ρ в ⋅ (1 − ε ) ⋅ hсл2где ε - пористость сухого осадка, ε =плотностью сухого слоя осадка ρв =2 ⋅ C м ⋅ K д ⋅ ∆PV порV сл(2.15),; ρв - плотность волокон, связанная сρсл.1− εУравнения (2.14) и (2.15) связывают между собой характеристикиструктуры слоя осадка с характеристиками пульпы из коротких волокон иминеральной связки. На продолжительность времени фильтрации (Рис.
2.18), призаданном перепаде ∆P давления, большое влияние оказывает вязкость пульпы ипористость материала, которая зависит, прежде всего, от среднего диаметра идлины измельченных базальтовых волокон, а коэффициент проницаемости KдДарси записывается формулой (2.8).68Cм = 20 кг/м3;η п = 6∙10-3 Па∙с1 – ∆P = 50 кПа;2 - ∆P = 100 кПа;Рис. 2.18.Зависимость скорости набора высоты цилиндрического образца от временифильтрационного осаждения базальтовых волокон со связкой А12O3:5.5.1.Термообработка изделий:Сушка (удаление влаги) колец осуществляется в заневоленномсостоянии в печах сопротивления и при температуре 160-200 °С. Для этогоизготавливается специальная оснастка.5.2.Отжиг изделия при температуре 500 °С производится в той жеспециальной оснастке.6.Контроль теплоизолирующих изделий:6.1.Контроль осуществляется на соответствие размеров изделия.6.2.Внешний визуальный осмотр изделий на наличие дефектов - сколов,трещин, расслоений.6.3.Взвешиваниеизделий,определениеплотностиипористоститеплоизоляционного материала.Динамика уменьшения столба гидромассы (пульпы) во времени присвободной (без внешнего давления) фильтрации коротких базальтовых волокон изпульпы (вода + волокна), рассчитанная на основании уравнения (2.7) иполученная экспериментальным путем, показана на Рис.
2.19. Расчетные иэкспериментальныепоказателиопределялисьприследующихзначениях69параметров пульпы и структуры слоя осадка волокон: H п = 100 мм; ρ сл =165 кг/м3; cm = 40 кг/м3; η ж = 5∙10-3 Па∙с; ρ п = ρ ж + cm (1 − ρ ж / ρ в ) = 1,039∙103 кг/м3;> = 0,94; Aв = 2,0 мкм; +д = 2,63 10-6 мм2.За счет вакуумирования камеры фильтрата или создания внешнего давления- производительность процесса возрастает в разы (Рис. 2.11).
При этом величина∆, в формулах (2.14 и 2.15) является свободным параметром. Давлениевакуумирования или внешнего давления более 100 кПа нужно выбрать такимобразом, чтобы толщина и плотность слоя осадка не были бы меньше расчетных(допустимых) значений. При этом время фильтрационного осаждения волокондолжно быть меньше времени расслоения пульпы (гидромассы) на жидкую итвердую фазы. По сути, выражения (2.14 и 2.15) можно рассматривать как законуправления временем фильтрации и плотностью слоя осадка для изготовленияизделий из волокнистого теплоизоляционного материала с заданной толщиной ℎслслоя осадка или толщиной стенки изделия.Рис.
2.19.Зависимость изменения столба гидромассы от времени при свободномфильтрационном осаждении волокон без связки А12O370Рис. 2.20.Зависимость изменения столба гидромассы от времени с вакуумированиемкамеры фильтрата ∆, = 60 кПа.Ускорение процесса фильтрации в разумных пределах можно достигнуть,как за счет существенного увеличения внешнего давления, так и за счет сгущениепульпы. Для плотного без зазора соединения готовых колец ТИМ между собойбыли сделаны с торцевых краев тепловые замки (Рис. 2.21).
Полученные методомфильтрационного осаждения из коротких базальтовых волокон цилиндрическиеобразцы удовлетворяют предъявляемому к ним качеству.Рис. 2.21.Внешний вид цилиндрических колец с тепловыми замками на основе короткогобазальтового волокна и минеральной связки71Более подробно теплоизолирующие покрытия стальных образцов НКТ ввиде цилиндрических колец из коротких базальтовых волокон, показаны в главе№ 3.2.5. Выводы по главе 21.
Разработана математическая модель фильтрационного осажденияпроцесса формообразования высокопористых теплоизолирующих конструкций изкоротких базальтовых волокон на основании закона А. Дарси, которая описываетдинамику формирования теплоизоляционных изделий и позволяет определитьрациональные параметры технологического процесса их изготовления.2.
В процессе фильтрационного осаждения коротких базальтовых волокон,для повышения качества изделий и увеличения производительности процесса,необходимо дополнительно применять вакуумирование камеры фильтрата ифинишнуюподпрессовкуслояосадка,придающуюизделиютребуемыегеометрические размеры и форму.3. Для увеличения прочности на сжатие высокопористых волокнистыхколец и цилиндрических скорлуп необходимо применять минеральную 5-7 % помассе связку на основе оксида А1203, которая фиксирует базальтовые волокна вместах их контактов.4.Полученныеметодомфильтрационногоосажденияизкороткихбазальтовых волокон цилиндрические кольца удовлетворяют предъявляемому кним качеству.72ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯВ ОБЛАСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХПОКРЫТИЙИЗКОРОТКИХБАЗАЛЬТОВЫХВОЛОКОНИМИНЕРАЛЬНОЙ СВЯЗКИ ИЗ AL2O3 НА ПЛОСКИХ И КОЛЬЦЕВЫХОБРАЗЦАХИсследования в области теплофизических характеристик высокопористыхволокнистых ТИМ необходимы для оценки фактических и подтверждениятеоретических значений коэффициентов теплопроводности высокопористых (9495 %) теплоизолирующих конструкций, изготовленных из коротких БСТВ иминеральной связки из Al2O3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
