Производство пеностекла

Учреждение образования «Белорусский Государственный Технологический Университет»

Факультет инженерно-экономический

Кафедра технологии стекла и керамики

Специальность 1-26 02 03

Специализация 1-26 02 0316

Курсовой проект

по дисциплине Технология и обработка стекла

Производство пеностекла

Исполнитель

студентка 4 курса

группы 16

М. С. Чернецкая

Руководитель

Е. Е. Трусова

Минск 2010



Реферат

При изучении и описании технологии производства пеностекла дана характеристика сырья для их получения, основные стадии производства, рассчитан материальный баланс, осуществлен подбор оборудования.

Цель работы:

- изучить применение, потребительские свойства пеностекла;

- изучить технологию производства пеностекла;

- изучить основные способы производства пеностекла;

- рассчитать материальный баланс;

- подобрать необходимое оборудование.

Графическая часть включает иллюстрационный материал, технология производства пеностекла двухстадийным методом - 1 лист А1.



Содержание

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Состояние и перспективы развития производства пеностекла

1.2 Описание существующих способов производства

1.3 Анализ обзора литературы и выбор и выбор принятого способа производства

2. Технологический раздел

2.1 Ассортимент продукции и производственная программа

2.2 Применяемое сырье, его характеристика, обоснование химического состава и расчет шихты

2.3 Описание технологической схемы производства

2.4 Расчет материального баланса

2.5 Подбор технологического и теплотехнического оборудования

3. Техника безопасности и охрана окружающей среды

Заключение

Список использованных источников литературы

Введение

Такой материал как пеностекло, являющийся теплоизоляционным материалом, обладает множествами преимуществ по сравнению с другими материалами данной группы, и благодаря своим особенностям является очень эффективным и перспективным материалом в строительстве.

Если лаконично охарактеризовать место пеностекла на рынке современных строительных материалов, уместно отметить: оно уникально, универсально и обладает неоспоримыми преимуществами перед всеми другими теплоизоляторами.

Изучая вопросы зарубежного применения пеностекла в качестве теплоизолятора, следует отметить, что в Европейском Союзе оно является признанным и одним из самых эффективных теплозащитных строительных материалов. Параметры строительного пеностекла оговорены в общеевропейском специальном нормативно-техническом документе EN 13167 Thermal insulation for buildings - Factory made cellular glass (CG) products. Пеностекло в ЕС (во всех входящих в Евросоюз странах) не имеет каких бы то ни было ограничений и является общепризнанным строительным теплоизоляционным материалом.

Пеностекло - это экономия в затратах на теплоизоляцию, снижение затрат на монтажные работы, увеличение полезного объема помещения, снижение нагрузок на фундамент и несущие конструкции, повышение безопасности жилья, а, значит, и спроса на него. Потому что как материал пеностекло идеально подходит для различных климатических условий.

Пеностекло - экологически чистый материал, оно не выделяет никаких вредных веществ, даже при нагревании, что не скажешь о других утеплителях. Пеностекло рекомендовано Минздравом для детских учреждений как теплоизоляционный материал.

Пеностекло прочный теплоизоляционный материал, но он удивительно легко обрабатывается всеми видами инструмента, для придания нужной формы. Монтаж пеностекла предельно прост, теплоизоляция клеиться всеми видами строительных смесей, и за счет своей ячеистой структуры достигается максимальное сцепление с поверхностью.

Благодаря производству пеностекла частично решается одна из актуальных экологических проблем - использование скопившегося на свалках большого количества бытового и промышленного стеклобоя. Запатентован способ переработки отходов производства для получения пеностекла.

Потребность в высококачественном пеностекле (пеноблоки различных размеров) продолжает расти. В Беларуси производителем пеностекла является ОАО «Гомельстекло». В планах ОАО “Гомельстекло” до 2010 г. - дальнейшее техническое переоснащение цехов, приобретение нового современного оборудования, что позволит улучшить качество выпускаемой продукции и расширить ее ассортимент.

В данном курсовом проекте рассмотрены сферы применения, потребительские свойства, отличительны особенности пеностекла; представлена технология производства пеностекла; изучены основные способы производства пеностекла; осуществлен подбор технологического оборудования. Приведены предписания по технике безопасности и охране окружающей среды.



1. Аналитический обзор литературы

1.1 Состояние и перспективы развития производства пеностекла

Производство стекла и изделий из него - большая, ёмкая и постоянно развивающаяся отрасль. В течение последних лет спрос на стекло растет быстрее, чем годовое производство ВВП. 2004 год показал высокие темпы роста в мировом масштабе, стимулированный в основном Китаем, мировые мощности стекольного производства были заняты почти на 90 %. Спрос на стекло продолжает расти. Его рост является следствием экономического роста, а также изменениями в стандартах и требованиях безопасности, шумоглушения и энергосбережения.

Архитекторы и автомобилестроители продолжают увеличивать долю использования стекла в строительстве и автомобилях. Потребность в продукции с добавленной стоимостью растет быстрее, чем первичной продукции, что расширяет спектр продукции и увеличивает общие продажи.

Рынок Европы, с учетом расширения на восток, за исключением России, Украины и Беларуси, и включая Турцию на юге, составляет более 8 млн. тонн стекла. Здесь работают 7 основных производителей флоат-стекла: Saint-Gobain, Pilkington, Asahi, Guardian, Sisecam, Euroglas и Sangalli, плюс два других производителя со своими линиями - Interpane и Scheuten. Европа является самым насыщенным рынком и имеет самую высокую пропорцию продукции с добавленной стоимостью.

Значение рынка стекла Китая быстро растет начиная с начала 90-х годов. С тех пор, как страна стала более открытой для иностранных инвестиций и темпы роста экономики значительно выросли. В начале 90-х Китай потреблял 1/5 мирового производства стекла, а теперь - 1/3. Ежегодный объем производства стекла в Китае на уровне 12 млн. тонн составляет 30% мирового производства листового стекла.

Стекольная промышленность Беларуси сегодня - это 1 предприятий, 11тысяч работников. На экспорт поставляется половина продукции, в 2008 году - на 111 миллионов долларов. Основной потребитель Россия. Убыточных заводов в отрасли нет. Это производство, как показывает опыт существующих предприятий, рентабельное, рынок сбыта большой и, что особенно ценно, нам не нужно завозить сырье -- имеется собственное. В этом смысле выпуск изделий из стекла -- такое же перспективное направление для инвестиций, как лесопереработка, хранение и переработка сельхозпродукции.

И хотя во многом результатом таких финансовых показателей является господдержка, но ввод новых производственных линий и большой интерес к сектору иностранного капитала - веское подтверждение неплохих перспектив данной отрасли.

Стекольная индустрия Беларуси переживает период качественного обновления. В 2006 году начата реализация масштабной программы ее развития на 2006-2010 гг., утвержденной Указом Президента Республики Беларусь № 351 от 25 мая 2006 г.

Главная задача - вывод отечественного стеклоделия на мировой уровень и ведущие позиции в экономике страны, увеличение экспортного потенциала. Техническое переоснащение и модернизация, технологическое совершенствование, ввод новых мощностей, результатом которых станут конкурентоспособность, соответствующие современным требованиям рынка качество и ассортимент продукции, глубоко затронут в предстоящие годы все промышленные предприятия данной отрасли. Объем инвестиций на повышение их технического уровня ориентировочно составляет 854,1 млрд рублей. Среди источников финансового обеспечения значатся собственные средства организаций и кредиты банков, бюджетные займы, финансовая помощь, оказываемая по решению Президента страны, ресурсы инновационного фонда, образуемого Министерством архитектуры и строительства. В результате реализации программы объемы производства предприятий стекольной отрасли за пятилетие вырастут в 3 раза.

Производство пеностекла является одной из подотраслей стекольной промышленности. И также как и сама отрасль является растущей и перспективной областью производства.

Пеностекло - легкий (плотностью не более 175 кг/м³), пористый материал из стекла, представляющий собой затвердевшую стеклянную пену (смотри рисунок 1).

Впервые пеностекло было получено в Советском Союзе еще в тридцатые годы прошлого века известным ученым и специалистом в области стекла И.И. Китайгородскийм. Тогда на территории бывшего СССР работало четыре завода по производству пеностекла. Позже этот материал (по разным причинам) «был забыт».

Сегодня в практике мирового строительства пеностекло широко известно, большинство же отечественных проектировщиков и строителей «познакомились» с этим материалом и его применением в последние десять лет. (1.с89)

В настоящее время пеностекло нашло различные области применения в строительстве и технике:

- блоки из пеностекла как изоляционный материал.

Температура изолируемой поверхности -190 до +500?С в условиях относительной влажности до 97%. Блок толщиной 120 мм обладает теплоизоляционными свойствами, как кирпичная кладка, толщиной 950 мм. Теплоизоляция из пеностекла, в сравнении с другими материалами, более эффективна и экономична, не требует частых ремонтов и срок службы ее гораздо продолжительней. Применяется для изоляции тепловых агрегатов и изотермических емкостей.

Использование пеностекла в строительстве зданий позволяет снизить потери тепла в 2,5-3 раза.

- блоки из пеностекла как звукоизоляционный материал.

Исследования подтвердили, что пеностекло обладает высокими звукоизоляционными качествами. Оно поглощает в равной мере звуковые колебания разных частот.

- блоки из пеностекла как строительный материал.

Использование в полной мере комплекса термо и звукоизоляционных свойств при высокой прочности, а также возможность связываться с другими строительными материалами, такими как: цементом, алебастром, бетоном, камнем, кирпичом, железом, железобетоном, строительной керамикой и т.д. позволяют считать пеностекло эффективным строительным и строительно-изоляционным материалом не только для внутренних перегородок, но и для заполнения наружных стен в обычном, и особенно в высотном строительстве. Применение пеностекла в качестве заполнителя позволяет резко снизить вес наружных стен и нагрузку на фундамент, а также удешевить строительство. Пеностекло легко подвергается механической обработке. Его можно пилить, резать, сверлить.

- блоки из пеностекла как плавучий материал.

Блоки из пеностекла можно применять для спасательных приспособлений и понтонных мостов, а также для повышения плавучести конструкций, защиты кораблей от коррозии, перегородок внутри речных и морских судов и изоляции котельных установок на судах.

- блоки из пеностекла как защита от грызунов.

Крысы, мыши и другие грызуны не в состоянии прогрызть пеностекло, что делает блоки весьма эффективными для строительства складов, холодильных камер и хранилищ съестных запасов. (2,с.69)

В настоящее время на отопление расходуется очень много энергии. При этом население оплачивает только часть стоимости коммунальных услуг. В связи с этим предпринимается комплекс мер по снижению стоимости коммунальных услуг. Одной из таких мер является сокращение потерь тепла из зданий и трубопроводов. Это возможно либо при соответствующем увеличении толщины стен и перекрытий, либо при использовании более эффективных теплоизоляционных материалов.

Первый путь практически бесперспективен, поскольку приводит к большому перерасходу материалов, резкому увеличению массы перекрытий, что сказывается на прочности конструкций, резкому увеличению стоимости материалов и увеличению объема строительно-монтажных работ. Поэтому основным является второй подход - применение новых эффективных материалов.

Теплоизоляционные материалы для строительства должны обладать не только высоким тепловым сопротивлением, но и обладать целым комплексом свойств таких, как экологическая безопасность (отсутствие выделений вредных веществ при эксплуатации), пожаробезопасность, механическая прочность, стойкость к бытовым воздействиям, простота применения, низкая стоимость. Большинство применяемых в настоящее время теплоизоляционных материалов этим комплексом свойств не обладает.

Сравнительная характеристика наиболее распространенных теплоизоляционных материалов свидетельствует, что по комплексу свойств наиболее перспективно применение пеностекла.

Сравнительная характеристика наиболее распространенных теплоизоляционных материалов свидетельствует, что по комплексу свойств наиболее перспективно применение пеностекла.

Основным препятствием широкой организации производства пеностекла является отсутствие технологии, обеспечивающей получение дешевого материала со свойствами, удовлетворяющими современным требованиям выполнения изоляционных работ, а также слабая изученность сырьевой базы.

Физико-технические свойства пеностекла в значительной степени обусловлены способом его производства, составом стекла и пенообразующей смеси, природой, количеством газообразователя, режимом вспенивания и отжига. Изменяя эти факторы, можно получить пеностекло с различной объемной массой, прочностью, структурой, водопоглощением, проницаемостью, теплопроводностью и морозостойкостью.

Рассматривая более подробно свойства и преимущества пеностекла, как эффективного теплоизоляционного материала, следует особенно выделить следующие параметры и характеристики где этот материал, фактически, не имеет себе равных и обладает значительными преимуществами над остальными классами теплоизоляционных материалов:

Долговечность эксплуатации пеностекла.

Гарантированный срок эксплуатации блоков из пеностекла с сохранением значений физических характеристик материала равен сроку эксплуатации здания и превышает 100 лет.

Экспериментальные исследования объектов утепленных пеностеклом более 50 лет назад показали отсутствие сколь либо существенных изменений в структуре пеностекла. Фактор сохранения теплозащитных свойств на протяжении всего существования здания особенно важен ввиду недоступности теплоизоляционного материала после завершения работ. Используя пеностекло в качестве теплоизоляционного материала можно избежать дорогостоящих ремонтных работ и замены утеплителя в течение всего срока эксплуатации.

Пеностекло не подвержено старению по ряду причин т.к. его уникальные свойства противостоят активным факторам, проявляющим себя с течением времени:

Окисление. Активный кислород, содержащийся в атмосфере, не оказывает ни малейшего воздействия на пеностекло по причине того, что этот материал состоит исключительно из высших оксидов кремния, кальция, натрия, магния, алюминия.

Эрозия. Поскольку пеностекло не имеет растворимых компонентов в своей структуре, не происходит растворения и размыва материала водой.

Температурные перепады. Пеностекло имеет очень низкий коэффициент линейного температурного расширения, что позволяет пеностеклу без ущерба для структуры материала переносить суточные и годовые колебания температуры.

Замерзание воды. При замерзании вода расширяется и может разрушать, затекая в трещины, даже такие прочные минералы как базальт и гранит. Поверхность пеностекла состоит из полусфер, сам материал представляет собой замкнутые ячейки вовсе исключающие попадание воды внутрь, и поэтому расширение воды при замерзании не разрушает пеностекло.

Деформация. Пеностекло по своей совершенно не деформируемый и очень прочный для своей плотности материал, что полностью исключает возможность его усадки, провисания, съеживания и т.п. последствий длительного воздействия силы тяжести и механического воздействия.

Активность биологических форм. Пеностекло не является питательной средой для грибка, плесени и микроорганизмов, не повреждается корнями деревьев поэтому активность биологических форм не наносит вреда структуре материала в течение сколь угодно долгого времени.

Прочность пеностекла.

Пеностекло самый прочный из всех эффективных теплоизоляционных материалов. Прочность пеностекла на сжатие в несколько раз выше чем у волокнистых материалов и пенопласта. Фактор прочности особенно важен для монтажно-конструкционных решений по обустройству теплоизоляции, а также при теплозащите эксплуатируемых поверхностей (кровель и полов).

Чем выше прочность на сжатие, тем менее сжимается материал, подвергшийся внешнему воздействию. В то же время сжатие теплоизоляционного материала приводит к увеличению его теплопроводности и снижению теплозащитных свойств конструкции. Пеностекло уникально тем, что является абсолютно не сжимаемым материалом. Изделия из пеностекла представлены на рисунке 2. Более того, менее прочный, чем пеностекло, теплоизоляционный материал требует анкерного и штыревого крепления к несущей конструкции сооружения и, чем он менее прочен, тем больше элементов крепления необходимо использовать для фиксации теплоизоляционного слоя и, тем самым увеличивать количество инородных высокотеплопроводных включений создающих дополнительные «мостики холода». Более прочный теплоизоляционный материал может нести часть нагрузки, за счет собственных физических свойств, позволяя, в некоторых случаях, и вовсе не применять дополнительных металлических креплений уменьшающих сопротивление теплопередаче теплоизоляционного слоя.

Существует целый класс архитектурных решений, где фактор прочности на сжатие имеет для теплоизоляционного материала столь же актуальное значение, как и низкий коэффициент теплопроводности. Это особенно важно при обустройстве теплоизоляционного слоя на эксплуатируемых поверхностях, а также криволинейных поверхностях, где давление на теплоизоляционный материал распределено неравномерно.

Стабильность размеров блоков из пеностекла.

Благодаря тому, что пеностекло состоит исключительно из стеклянных ячеек этот материал не дает усадки и не изменяет, геометрические размеры с течением времени под действием веса строительных конструкций и эксплуатационных нагрузок. Все это имеет очень существенное значение, как для всей строительной конструкции в целом, так и для сохранения эксплуатационных свойств теплоизоляционного слоя.

Фактор стабильности геометрических размеров блоков из пеностекла позволяет осуществлять монтаж теплоизоляционного слоя с плотным прилеганием блоков и отсутствием зазоров, что, в свою очередь, позволяет исключить образование «мостиков холода» в теплоизоляции. Данный фактор имеет очень существенное значение т.к. материалы размеры, которых не стабильны из-за теплового расширения/сжатия или усадки во время эксплуатации могут вызывать повреждение гидроизоляционного и отделочного слоев, образовывать «мостики холода» из-за усадки, провисания или сжатия при охлаждении.

Пеностекло сделано из стекла и имеет коэффициент температурного линейного расширения сопоставимый с коэффициентом температурного линейного расширения материалов из которых состоят классические несущие конструкции: бетон, сталь, кладка из керамического или силикатного кирпича. Эта близость значений гарантирует стабильность размеров пеностекла, уложенного или смонтированного на стальную или бетонную конструкцию. Блоки из пеностекла видны на рисунке 3.

Тот факт, что блоки из пеностекла не коробятся и сохраняют свою форму, позволяет создавать уникальные по своей надежности и долговечности системы теплоизоляции зданий и сооружений эффективные во время эксплуатации, экономичные по капиталовложениям при обустройстве и не требующие значительного ухода с минимальным уровнем материальных и трудовых затрат на ремонт.

Устойчивость физических параметров пеностекла.

Пеностекло представляет собой материал, состоящий из герметично замкнутых гексагональных и сферических ячеек. Такая структура материала исключает взаимодействие газовой среды ячеек с атмосферой и обуславливает неизменность во времени характеристик материала.

То есть, во время эксплуатации не происходит изменения таких параметров блоков из пеностекла как теплопроводность, прочность, стойкость, форма и т.д. Фактор сохранения свойств теплоизоляционного материала с течением времени особенно важен при эксплуатации зданий и сооружений ввиду недоступности материала после завершения работ.

На территории бывшего СССР, а также в Европе и Северной Америке пеностекло использовалось в качестве утеплителя более 50 лет. Натурные обследования, результаты лабораторных испытаний, замеры физико-технических параметров блоков из пеностекла, взятых из строительных конструкций со сроком эксплуатации, исчисляемым 40-50 годами, показали, что характеристики пеностекла практически не изменились т.к. результаты измерений совпали с первоначальными значениями.

Актуальность сохранения первоначальных значений параметров утеплителя во время эксплуатации здания и сооружения имеет в современном строительстве первостепенное значение, как по причине повышенных требований заказчиков и потребителей предъявляемых к эксплуатационным качествам всего здания или сооружения, гарантии их неизменности во времени, так и архитектурного усложнения конструкций здания где затраты на капитальный ремонт и замену утратившего свои свойства утеплителя сопоставимы с затратами на возведение и постройку.

Устойчивость пеностекла к химическому и биологическому воздействию.

Стекло, из которого на 100% и состоит пеностекло, не разрушается химическими реагентами (за исключением плавиковой кислоты). Пеностекло, как и стекло, не является питательной средой для грибка, плесени и микроорганизмов, не повреждается корнями растений.

Пеностекло абсолютно «непроходимо» для насекомых и грызунов и представляет собой идеальный барьер для подобных вредителей.

Стойкость пеностекла к гниению и отсутствие «почвы» для распространения плесени и грибков особенно важно при использовании пеностекла в замкнутом, невентилируемом пространстве кровли, стен, цоколя и фундамента. Отсутствие органики в таком материале как пеностекло позволяет гарантировано избежать ситуаций связанных с разрушением и деструкцией теплоизоляционного материала под влиянием биологически активной среды.

Самой интересной особенностью пеностекла при взаимодействии с биологическими формами является абсолютная (и уникальная - присущая только пеностеклу) способность быть «непроходимым» для всех грызунов и насекомых. Пеностекло, помимо всего прочего, - очень хороший абразивный материал. В то же время природа еще не создала ни одной биологической формы, способной грызть и точить абразивы без быстрой потери естественных «грызущих приспособлений». Эту особенность пеностекла активно используют при теплозащите зернохранилищ, промышленных пищевых холодильников, складов т.к. при использовании пеностекла, помимо теплозащитного слоя, удается создать надежный барьер на пути вредителей.

Устойчивость пеностекла к химическому воздействию, как теплоизоляционного материала, в некоторых отраслях промышленности и строительства, является не менее важным фактором, чем совокупность остальных свойств материала. Особенно это актуально для химической, нефтехимической, фармакологической, пищевой и металлургической отрасли промышленности, теплоизоляции некоторых специальных сооружений.

Не горючесть и огнестойкость пеностекла.

Пеностекло полностью негорючий материал, не содержащий окисляющихся или органических компонентов. Технология производства пеностекла такова, что готовое изделие получается в результате изготовления в печах при температуре близкой к тысяче градусов Цельсия и поэтому при нагреве пеностекла до высоких температур оно лишь плавится как обычное стекло без выделения газов или паров. Этот фактор важен для противопожарных свойств конструкции.

Основные критерии пожарной безопасности - негорючесть материала и отсутствие поглощающей способности. Пеностекло не горюче и не является абсорбентом, и, следовательно, способно обеспечить наилучшую противопожарную защиту изолируемых объектов. Теплоизоляционные материалы, не являющиеся горючими, но при этом поглощающие горючие жидкости или легковоспламеняющиеся газы, повышают риск возгораемости всего здания или сооружения. Пеностекло, в отличие от прочих теплоизоляционных систем из минерального волокна или пенопласта, не адсорбирует ни масла, ни другие жидкие и газообразные вещества или углеводородные соединения повышенной воспламеняемости.

Закрытая структура ячеек пеностекла гарантирует отсутствие фитильного эффекта, способного привести к спонтанному возгоранию. Пеностекло не выделяет ни дым, ни токсичные газы, поскольку в его химический состав входит только чистое стекло, смотри рисунок 4.

Влагонепроницаемость, водостойкость и не гигроскопичность пеностекла.

Вода не оказывает на пеностекло никакого воздействия по двум причинам: пеностекло состоит из герметично замкнутых ячеек, материал стенок которых, обычное силикатное стекло. Пеностекло не впитывает влагу и не пропускает ее, смотри рисунок 5.

При применении в ограждающей конструкции создает дополнительный гидробарьер. При повреждении гидроизоляции не допускает распространения воды, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.

Водостойкость пеностекла позволяют ему в течение длительного времени предотвращать образование льда, обеспечивать полную защиту от коррозии и отличную терморегуляцию. Пеностекло устойчиво к воздействию, как пресной, так и соленой воды.

Водонепроницаемость пеностекла обеспечивает его применение не зависимо от существующих внешних климатических условий.

Применение пеностекла исключает всякие проблемы, связанные с конденсацией водяного пара внутри теплоизоляционного материала.

Экологическая чистота и санитарная безопасность пеностекла.

Пеностекло состоит исключительно из стекла сходного по своему химическому составу с бутылочным, посудным и оконным стеклом. Пеностекло разрешено к использованию без санитарных и гигиенических ограничений.

Широко применяется в таких отраслях как пищевая и фармакологическая промышленность за исключительную безопасность. Производство и применение пеностекла не наносит вред природе, позволяя утилизировать стеклобой.

Одна из актуальных экологических проблем - использование скопившегося на свалках большого количества бытового и промышленного стеклобоя. Около 20% стеклобоя можно собрать, помыть, рассортировать и возвратить на стекольные заводы для его переплавки. Однако основная часть стеклобоя непригодна для выработки стекла. Другая возможная область применения стеклобоя - производство пеностекла. Для изготовления пеностекла используют отходы стекольного производства и специально навариваемое стекло. Наряду с получением высокоэффективного и экологически чистого материала решается в определенной степени проблема утилизации нефелинового шлама и бытовых отходов. Использование отходов промышленности для получения стеклогранулята расширяет сырьевую базу для получения пеностекла и улучшает экологическую обстановку в регионе.

Экологическая и санитарная безопасность пеностекла позволяет осуществлять утепление ограждающих конструкций не только для помещений, в которых необходима повышенная чистота воздуха (здания здравоохранения, образования; спортивные сооружения; музеи; высокотехнологичные производства и т.п.), но и здания со специальными санитарно-гигиеническими требованиями (пищевая и фармакологическая промышленность; бани и сауны; бассейны; кафе, рестораны, столовые и т.п.).

Экологический аспект производства и применения пеностекла также имеет немаловажное значение. Пеностекло это единственный эффективный теплоизоляционный материал производимый на 100% из рециркулируемых утилизируемых стекольных отходов (стеклобоя). После эксплуатации блоки из пеностекла могут быть использованы вновь (пройдя стадию дробления) в качестве засыпного теплоизоляционного материала или добавки в легкие бетоны. Пеностекло отличается от всех эффективных теплоизоляционных материалов минимальным выбросом в атмосферу во время производства оксидов серы, азота, а также полностью исключает выброс летучих органических компонентов, формальдегидов, стиренов, хлорфторуглеродов и т.п. соединений.

Из всего вышесказанного не остается сомнений, что пеностекло обладает достаточной совокупностью свойств и характеристик, чтобы по праву называться эффективным и перспективным строительным материалом.

У пеностекла самый экономичный и эффективный коэффициент отношения срока эксплуатации материала к расходам энергии на его производство.

Не смотря на то, что производство пеностекла в Беларуси дает лишь около 5% от всего объема выпускаемых эффективных теплоизоляционных материалов в Республике, данная технология и производство являются одним из факторов, свидетельствующих о высоком уровне развития научно-технической базы и технологической зрелости промышленности строительных материалов страны. Подтверждением этому является то, что развитым производством пеностекла помимо Беларуси на сегодня обладает лишь ряд стран (США, Канада, Бельгия, Германия, Чехия, Япония, Китай) имеющих мощный промышленный и научный потенциал и способных создать и поддерживать такое технологически непростое производство как изготовление блочного пеностекла.

Более того, на фоне огромных объемов импорта в Республику таких эффективных теплоизоляционных материалов как минераловатные и полимерные утеплители, фактически единственным эффективным теплоизоляционным материалом, экспортировавшимся из Беларуси за рубеж, являлось пеностекло производства ОАО “Гомельстекло”. На экспорт продается более 30% от объемов произведенного пеностекла, темпы роста экспорта пеностекла в 2005 году по сравнению с 2004 годом составили 340%, что свидетельствует о востребованности белорусского пеностекла на зарубежных рынках.

Значительный спрос на белорусское пеностекло, как в стране, так и за рубежом (темпы роста экспорта пеностекла остаются одними из самых высоких в отрасли) обусловили и высокие темпы наращивания объемов производства этого материала. В апреле 2006 года ОАО “Гомельстекло” ввело в строй третью технологическую линию по производству блоков из пеностекла, позволившую на треть увеличить объемы выпуска готовой продукции. С 1 сентября 2006 года была запущена четвертая технологическая линия, что привело к увеличению объемов производства белорусского пеностекла вдвое по сравнению с 2005 годом.

Перспективно использование пеностекла в качестве утеплителя у нас в стране и за рубежом, о чем свидетельствуют такие объекты и сооружения, которые стали “знаковыми” в части применения пеностекла и очень хорошо иллюстрируют многие аспекты применения данного материала. Теплозащита нефтехранилищ по проекту “Сахалин-2” нефтяной корпорации “Экссон”. Несмотря на конкуренцию со стороны производителей пеностекла из США и Китая, в этом проекте предпочтение было отдано белорусскому материалу, т.к. ОАО “Гомельстекло” предложило наиболее оптимальный соотношение “цена-качество” и согласилось на жесткие сроки поставки.

Устройство теплоизоляционных конструкций в г. Норильске (Россия). Город Норильск, крупный город за северным полярным кругом, имеет развитую систему зданий и сооружений. В этом городе применяемые теплоизоляционные материалы подвергаются значительным температурным перепадам, а наличие крупного металлургического производства сопровождается активными химическими выбросами и наличием агрессивной атмосферы. Пеностекло пришло взамен полимерным утеплителям, которые там использовались ранее, и в условиях этого заполярного города показали себя не лучшим образом. Критические перепады температур (от -50 снаружи и до +50 градусов Цельсия внутри цехов по выплавке металлов) и высокие коэффициенты линейного термического расширения полимеров приводили к тому, что теплоизоляционные материалы из пенополистиролов рвались и создавали “мостики холода” или коробились и отслаивались. Активные индустриальные выбросы еще более укорачивали жизнь этих материалов.

Пеностекло, имеющее линейный коэффициент термического расширения фактически равный бетону, и абсолютно устойчивое к воздействию большинства химических соединений, стало хорошей альтернативой полистиролам в теплоизоляционных конструкциях г. Норильска.

Теплоизоляция кровель промышленных цехов. В начале 90-х годов ХХ века автомобильн6ый гигант “КАМАЗ” пошел по пути удешевления в строительстве и утеплил кровлю главного конвейера завода двигателей пенополистиролом. В 1993 году в результате возгорания кровли завод был полностью уничтожен. После восстановления конвейера кровлю утеплили белорусским пеностеклом, дабы напрочь исключить повторение трагедии.

Пожар на конвейере “КАМАЗ” послужил хорошим уроком для крупных автомобильных производств и спустя некоторое время “ВАЗ” полностью заменил утеплитель на кровле, правда пеностеклом бельгийского производства.

Практика обустройства кровли с использованием пеностекла на Западе стала общераспространенной, где практически все автомобильные конвейеры защищены кровлей с пеностеклом в качестве утеплителя. С 2006 года и в Беларуси утепление кровель на автомобильных конвейерах стали производить с использованием пеностекла. Крупнейший отечественный производитель грузовых автомобилей “МАЗ” использовал гомельское пеностекло для реконструкции существующих кровель и при сооружении новых.

Еще одним из направлений применения пеностекла в качестве теплоизоляционного материала является его использование при реконструкции исторических зданий. Причин здесь несколько. Прежде всего, это возможность использования пеностекла для утепления здания, имеющего исторический фасад с внутренней, “теплой” стороны стен: материал совершенно безопасен в пожарном или санитарном отношении. Немаловажно и то, что пеностекло состоит на 100% из обычного силикатного стекла, известного человечеству более 6000 лет и может быть использовано на исторических зданиях, где запрещено применение материалов, имеющих инородный состав или структуру. Именно поэтому при реконструкции в 2006 году исторического здания Мариинского театра в Санкт-Петербурге использовалось белорусское пеностекло. Самым известным положительным свойством пеностекла является его устойчивость к воздействию воды и водяного пара, которые не могут проникнуть внутрь герметически замкнутых ячеек материала. Это свойство пеностекла стало причиной его повсеместного использования в зданиях и сооружениях со сложными условиями эксплуатации, связанными с воздействием воды. В 2006 году в Москве, во время строительства нового аквапарка, с учетом уроков трагического обрушения кровли аквацентра “Трансвааль”, пеностекло было выбрано в качестве основного теплоизоляционного материала для кровли. ОАО “Гомельстекло” поставило значительное количество пеностекла на этот объект. Еще одним объектом в Москве, где используется белорусское пеностекло, является крупная реконструкция Южного Порта г. Москвы.

Простота обработки пеностекла, способность повторять криволинейные формы, надежность крепления позволили применить гомельское пеностекло для теплозащиты металлических конструкций Национальной библиотеки в Минске или обустройстве кровли по поверхности сложной формы в крытом спортивном комплексе в Могилеве.

Подводя итог вышеизложенному, следует отметить, что интерес к белорусскому пеностеклу за последние годы значительно вырос. Сегодня ОАО “Гомельстекло” имеет гарантированный портфель заказов на свою продукцию, несмотря на удвоение объемов производства. Объемы экспорта пеностекла увеличиваются еще более динамично и составляют уже более 50% от общего объема производства. Однако ОАО “Гомельстекло” считает запросы отечественных потребителей приоритетными и готовы откликнуться на все их заявки. (3)



1.2 Описание существующих способов производства пеностекла

Впервые способ получения пеностекла был разработан в 1932 г. в МХТИ им. Д. И. Менделеева. Промышленное производство пеностекла было осуществлено на константиновском заводе «Автостекло». До 1956 г. производилось пеностекло по двухстадийному способу: вспенивание блоков в формах осуществлялось в туннельной печи, а их отжиг -- в отжигательной печи. Этот способ был малопроизводителен и требовал дополнительных трудоемких операций по извлечению блоков из форм. Переход на одностадийный способ, по которому оба технологических процесса -- вспенивание и отжиг -- совмещены в один, позволил значительно увеличить производительность установок и снизить себестоимость продукции.

Впервые одностадийный способ производства пеностекла был освоен на Гомельском стекольном заводе. Позднее аналогичный цех был построен на заводе «Мос-керамика».

В настоящее время основной технологией производства пеностекла является так называемая "порошковая": тонкоизмельчённое силикатное стекло (частицы 2-10 мкм) смешивается с газообразователем (обычно - углеродом), получившаяся однородная механическая смесь (шихта) в формах, либо на конвейерной ленте поступает в специальную туннельную печь. Для получения теплоизоляционного пеностекла со средней плотностью 160-180 кг/м³ применяют порошки стекла с удельной поверхностью около 6000 см²/г и углеродистые газообразователи с такой же или значительно большей удельной поверхностью: кокс, антрацит, сажу, известняк, мрамор.

В результате нагрева до 800 - 900°С частицы стекла размягчаются до вязко-жидкого состояния, а углерод окисляется с образованием газообразных СО₂ и СО, которые и вспенивают стекломассу. Механизм реакции газо- и пенообразования достаточно сложен и не ограничивается только реакцией окисления углерода кислородом воздуха, более важную роль играют окислительно-восстановительные процессы взаимодействия углерода с компонентами размягчённого стекла.

Производство качественного блочного пеностекла справедливо считается весьма технически непростой задачей. Причиной тому является сложность физико-химических процессов непосредственно при вспенивании, а также строгие требования к процессам фиксации и охлаждения (отжига) готовой пены. Так, например, фиксация усложняется тем, что стеклу не свойственно резкое твердение при охлаждении (подобно кристаллизации при переходе воды в лёд), а фиксация пеностекла может сопровождаться такими "мешающими" процессами, как экзотермические реакции в стеклянном расплаве, спонтанная кристаллизация (девитрификация) стекломассы, существенная неоднородность температурного поля в вспененном массиве и т.п. Правильно охладить вспененный блок также непросто - материал обладает крайне низким коэффициентом теплопроводности при известной хрупкости тонких стеклянных ячеек пены. В результате отжиг растягивается на 10-15 часов и накладывает существенные ограничения на высоту (толщину) отжигаемых блоков (допустимая скорость охлаждения обратно пропорциональна квадрату толщины).

Технология производства пеностекла включает в себя: подготовку стеклянного порошка заданной гранулометрии, введение и размешивание добавок пенообразователя, вспенивание смеси при повышенной температуре с получением блоков, отжиг и механическую обработку блоков пеностекла. Технология предусматривает поточное производство с высоким уровнем механизации и автоматизации, отсутствие промышленных отходов и выделений вредных веществ.

Сырьем при производстве пеностекла могут служить обычные материалы для стекольного производства, отходы от производства стекла и стеклобой изделий, вторичный стеклобой, собранный у населения или на предприятиях общественного питания.

Еще одной важной особенностью технологии производства пеностекла является возможность использовать различные виды энергии: природный газ, мазут, электроэнергия для вспенивания стекла, что дает возможность организовать производство в различных регионах страны и выбора наиболее экономически эффективного источника энергии для данного региона.

Процесс производства пеностекла начинается с варки стекла заданного состава в ванной печи. Для получения теплоизоляционного пеностекла чаще всего применяют стекла, близкие по химическому составу к составам листовых и тарных стекол с повышенным содержанием щелочных оксидов. Составы стекол, %: SiО₂ -- 72-73; Al₂О₃ -- 0,5-2; CaО -- 6-8; MgО 1-4; Na₂O -- 15,5-16,5; SO₃ -- 0,3-0,5. Для некоторых специфических условий применения пеностекла могут применяться составы стекол, значительно отличающиеся от приведенных выше, например, боросиликатные и малощелочные. Так, для изоляции промышленных холодильных установок рекомендуется химически стойкое стекло следующего состава, %: SiО₂ -- 71,6; Al₂О₃ -- 1,3; В₂О₃ -- 1,9; СаО -- 3,7; MgО -- 2,8; Na₂O -- 12,7; SO₃ -- 0,3; As₂О₃ -- 0,1; Sb₂О₃ -- 0,2.

Варку стекла проводят без осветления. Хорошо проварившуюся, но не осветленную стекломассу гранулируют и направляют на помол. При использовании в качестве сырья стеклянного боя или стекловидных горных пород в технологии производства пеностекла отсутствуют варка стекломассы и грануляция.

Пеностекольную шихту составляют либо совместным помолом и смешиванием предварительно дозированного стекла и газообразователя, либо раздельным помолом компонентов шихты и последующим их смешиванием. Чаще применяют совместный помол и смешивание пеностекольной шихты. При совместном помоле стекла и углеродистых газообразователей, в особенности сажи, помол стекла значительно ускоряется вследствие действия углеродистых газообразователей как поверхностно-активных веществ. Помол и смешивание компонентов пеностекольной шихты производят в многокамерных трубчатых мельницах.

Вспенивание -- один из наиболее важных процессов в технологии пеностекла, влияющих на структуру и свойства пеностекла. Его вспенивают в специально предназначенных для этого термических печах. Для проведения вспенивания пеностекольную шихту засыпают в формы из легированной стали, которую накрывают крышкой, зеркально повторяющей ее очертания. Кроме этого типа форм в производстве пеностекла применяют и другие виды форм. Перед засыпкой пеностекольной шихты внутреннюю поверхность формы покрывают меловой или каолиновой пастой. После засыпки поверхность шихты разравнивают, а в некоторых случаях шихту в форме уплотняют путем вибрации, предотвращающей прилипание пластичной стекломассы к стенкам форм в процессе вспенивания. В формы засыпают до 4-5 кг пеностекольной шихты. Вспенивание, отжиг и охлаждение пеностекла можно производить одностадийным и двухстадийным способами. При одностадийном способе вспенивание пеностекольной массы, отжиг и охлаждение блоков производят в формах в непрерывно действующей туннельной печи. При двухстадийном способе блоки пеностекла после завершения вспенивания извлекают из форм и направляют на отжиг и охлаждение в печь отжига, аналогичную печам для стеклоизделий. Наиболее распространен двухстадийный способ. Он требует меньшего числа форм, облегчает автономное регулирование температурного режима вспенивания, улучшает условия отжига пеностекольного блока.

При двухстадийном способе пеностекольная шихта в металлических формах проходит термическую обработку по следующему режиму. В печи вспенивания при 800-850°С шихта нагревается и вспенивается. Под действием высокой температуры происходит размягчение частиц стеклянного порошка и его спекание. Газы, выделяющиеся при сгорании или разложении газообразователя, вспучивают вязкую стекломассу. Нагрев длится около 60, вспенивание -- 20-30 мин. Затем формы с пеностеклом резко охлаждают в течение 15-20 мин. . При охлаждении образуется материал с ячеистой структурой. Дальнейший процесс стабилизации при 600°С длится 30-40 мин. Таким образом, через 125-150 мин термическая обработка в печи вспенивания заканчивается, пеностекольные блоки извлекают из форм и помещают в лер отжига. Отжиг и охлаждение пеностекольных блоков до 30°С весьма длительный и ответственный этап термической обработки пеностекла.

В отличие от массивного стекла температуру при отжиге пеностекольных блоков нужно снижать вначале быстрее, затем медленнее. От 600 до 500-450°С может быть принята скорость 1-1,5 °С/мин, затем до полного охлаждения (до 30°С) -- 0,6-0,7°С/мин.

Более рациональным и экономичным является отжиг пеностекла, осуществляемый в три этапа с трехкратным изменением скорости охлаждения. Скорость охлаждения на первом этапе термообработки (650-560°С) может меняться в достаточно широких пределах от 1 до 5 °С/мин и более. Основную роль в отжиге пеностекла играет второй этап термообработки (560-480°С), скорость охлаждения на нем не должна превышать 0,5-2 °С/мин. Напряжения, образовавшиеся на третьем этапе термообработки (480-30°С), носят временный характер и поэтому могут достигать предела прочности на растяжение слоев пеностекла. Поэтому скорость охлаждения на третьем этапе можно принять от 1 до 5°С/мин. Медленное охлаждение (отжиг) способствует равномерному остыванию изделий по всему объему. Поэтому в них не возникают внутренние напряжения, не образуется трещин.

При одностадийном способе, вспенивание и отжиг осуществляется в одной печи, и режим отжига соответствует вышеописанному. Двухстадийный способ подразумевает проведение вспенивания и отжига в отдельных печах с транспортировкой изделий по воздуху. В результате имеет место резкое изменение температуры (термоудар) в верхнем интервале отжига (при 650°С), которое может привести к разрушение изделий. Для сохранения прочности изделий, продолжительность перекладки не должна превышать 3 минуты.

Блоки пеностекла после отжига поступают на обработку для придания им прямоугольной формы путем спиливания неровностей и шлифования поверхностей.

Пеностекло можно также производить в виде непрерывной ленты в печи вспенивания длиной около 20 м. Шихту засыпают в лотки, изготовленные из жаростойкой стали, выполненные в виде поддонов шириной 1000 мм и длиной 1600 мм; причем по длинной стороне имеются выступы высотой 100 мм, которые образуют боковые стенки желоба. Формы устанавливают на направляющие и с помощью толкателя продвигают вдоль печи.

В результате последовательной стыковки лотков вдоль печи вспенивания образуется сплошной желоб или периодически перемещаемая подложка, на которой вспенивается лента пеностекла. Ленту пеностекла по выходе из печи распиливают на блоки, затем они поступают на отжиг. Освобожденные от пеностекла поддоны при помощи роликового конвейера, проходящего под печью, перемещаются обратно к загрузочному концу печи вспенивания.

1.3 Анализ обзора литературы и выбор принятого способа производства пеностекла

Оба способа имеют свои преимущества и недостатки. Одностадийный способ является несомненно более простым с точки зрения самого производства и оборудования; формы в этом случае вследствие их более медленного нагревания и охлаждения имеют более продолжительный срок службы. Однако необходимое количество форм для одной садки вследствие весьма длительного времени отжига пеностекла намного больше, чем при двухстадийном способе. Так как условия вспенивания и отжига пеностекла очень сильно отличаются при использовании одной печи, то приходится выбирать компромиссное решение, которое должно удовлетворять обоим процессам, хотя оптимальных условий не удается достигнуть ни для одного из них. В противоположность этому двухстадийный способ производства позволяет решать процесс вспенивания и отжига раздельно и применить для них действительно оптимальные условия производства.

Двухстадийный способ производства пеностекла предполагает главным образом конструктивное решение тех производственных узлов, которые сторонники одностадийного способа совершенно оправданно считают весьма трудными и с их точки зрения невыгодными. Прежде всего это относится к участку между печами для вспенивания и отжига, на котором блоки извлекаются из форм при относительно высоких рабочих температурах, а также к работе с горячими формами при их подготовке и новом наполнении. При условии, что удастся решить эти производственные узлы, двухстадийный способ производства по сравнению с одностадийным имеет прежде всего следующие преимущества:

- Минимальное время вспенивания;

- Совершенная регулировка процесса вспенивания в самостоятельной хорошо управляемой печи, включая спекание пенообразующей смеси и стабилизацию вспененных блоков;

- Полное использование пространства отжигательной печи за счет расстановки блоков на узкую сторону с минимальными зазорами между отдельными блоками;

- Совершенное управление процессом отжига путем отжига блоков без форм в специально сконструированной отжигательной печи с регулируемым и равномерным отводом тепла от поверхности блоков;

- Минимальное количество форм, которые после окончания процесса вспенивания сейчас же возвращаются в производство, не проходя длительного цикла отжига с пеностеклом.

В соответствии с современным состоянием техники двухстадийным способом может быть произведено действительно более качественное, чем одностадийным, пеностекло, прежде всего с более однородной структурой и более низким объемным весом. Учитывая все плюсы и минусы я делаю вывод о том, что двухстадийный способ производства пеностекла наиболее совершенный по сравнению с одностадийным, так как пеностекло получается высокого качества при хороших технико-экономических показателях, и по этому для производства пеностекла в данном курсовом проекте я выбираю именно двухстадиный способ производства.



2. Технологический раздел

2.1 Ассортимент продукции и производственная программа

При производстве пеностекла в данном курсовом проекте используем следующий ассортимент выпускаемой продукции: блоки теплоизоляционные из пеностекла - высокопористый изоляционный материал неорганического состава плотностью не более 150 кг/м³, с теплопроводностью при температуре 298 ^оК не более 0,055 Вт/(м•К). применяются для тепловой изоляции строительных конструкций и оборудования при температуре от -200 ?С до + 400 ?С в условиях относительной влажности до 97 %. Блоки теплоизоляционные относятся к группе несгораемых материалов.

Номенклатура выпускаемой продукции проектируемого цеха приведена в таблице 2.1.