Способ получения пеноматериалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 и) 743961 Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 30.06.80. Бюл (45) Дата опубликования описан Гос дарственнын комите 53) УДК 666,1.037,930,06,8 ашев, М. А, Прянишников,озубов и В. И, Симошинудового Красного Знаменкого машиностроения ОрловА, Кар О, А. Го осковский ордена Тхимич(71) Заявите нститу СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОМАТЕРИАЛ Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к технологии получения пеноматериалов, преимущественно пеностекла, и может быть использовано в производстве пеностекла, по ристых плавленных огнеупоров, шлаков, каменного литья (муллитов), а также изделий из этих материалов.Известен способ получения пеностекла вспениванием стекломассы путем нагнета ния в стекломассу газов через отверстия во вращающемся радиальном диске, погруженном в расплав, с последующим вакуумированием расплава на выработке с помощью пористого расширяющегося мунд штука, соединенного с вакуумной системой .11.Недостатком такого способа вспенивания расплава является интенсивная коррозия и сильный износ диска, вращающегося в рас плаве стекла, обладающим сильно агрессивными свойствами, что требует частой его замены и связанных с этим частыми периодическими остановками технологического процесса. Следует отметить также ук рупнение размера образующихся пузырей по мере износа сопел и неравномерность пневмомеханического вспенивания, обусловленную низким качеством механического объемного перемешивания стекломассы. ЗО(72) Авторы изобретения В. К, Погодин, Г Известен также наиболее близкий к изобретению по физической сущности и достигаемому результату способ получения пористого бетона путем вспучнвания цементного теста при помощи разложения электрическим током жидкости цементного теста, т. е. использования явления газообразования при электролизе постоянным током водного раствора солей в электролит, получающегося прн затворении цемента 2.Такой способ использования постоянного тока для получения пеноматериалов приводит к неравномерному газовыделению на анодном и катодном электродах, поскольку, например, прн электролизе водного раствора кислород и водород выделяются в равных химически эквивалентных количествах (эквивалентах), но вдвое различающихся молярных количествах и вдвое различающихся по объему в соответствии с реакцией2 Н 20 -+ 2 Нг+ 022 Лч (Н,О)2 М(Н,) + 1 М (0,), здесь М (моль) - количество молей вещества. При нормальных условиях 1 моль газа имеет объем Го=22,4 л(моль, поэтому объем выделяющегося при электролизе водорода вдвое больше объема кислорода.Аналогичное явление неравномерного газовыделения на аноде и катоде будет проис743961 10 15 Тпс Тс илиЯс 1 "Ц 60=4,3 10 ф 65 ходить также и при электролизе постоянным током любого другого электролита и тем более такой химически сложной системы, какой является расплав стекла. В связи с этим при использовании постоянного тока порообразование в пепоматериале (пеностекле) в катодном и анодном пространстве будет идти с различной интенсивностью и приводить к сильной неоднородности физико-химических свойств пеноматериала и снижению его качества. Кроме того, использование постоянного тока вследствие различия электрохимических процессов, протекающих на аноде (окисление) и катоде (восстановление), приведет к резкому различию скорости электрохимической коррозии материала электродов и сильному уменьшению срока службы одного из электродов, а также к различию химического состава стекломассы в анодной и катодной зонах и соответственно к неоднородности физико-химических свойств получаемого пеностекла,Цель изобретения - повышение качества за счет обеспечения равномерности вспенивания,Достигают это тем, что через расплав стекла пропускают импульсный знакопеременный электрический ток инфранизкой частоты. При этом для повышения эффективности газовыделения целесообразно пропускать электрический ток с прямоугольной формой импульса. Электрические параметры (напряжение, ток, мощность, длительность импульса или частота и др.) оптимального режима обработки (вспенивания) расплава стекла в значительной степени зависят от состава стекломассы, ее электро- физических свойств, температуры, размеров электродов и объема обрабатываемой стекломассы, от количества вырабатываемого пеностекла, степени его пористости, диаметра пор (пузырей) и др. Некоторые из этих величин в первом приближении можно учесть и тем самым оценить некоторые параметры обработки стекломассы.Напряжение на электродах У (В) при наиболее простой конфигурации зоны обработки стекломассы в первом приближении может быть определено следующим образом из известных физических соотношений.Пренебрегая влиянием поляризации электродов (порядка вольтов) и приняв в случае тока инфранизкой частоты полное комплексное сопротивление расплава Л = = Р (Ом) для напряжения на электродах можно записатьУ=1 Я где 1 - электрический ток через стекломассу, А;9 = р -- активное сопротивление об 5рабатываемого объема стекломассы с учетом газообразования, Ом; 1. - расстояние между электродами, м;5 - площадь электродов, м,р - удельное электрическое сопротивление обрабатываемой стекломассы с учетом 5 газообразования в расплаве, Ом м.Для пеностекла можно записать, что еговес ГДЕ Рпс, Упс ОбЪЕМ ПЕНОСТЕКЛа, ПЛОТ- ность;ус - то же соответственно для стекла;уп - объем пор и плотность газа в порах,ПРИНИмаЯ, ЧТО 1 п(1 пс И УпУпс МОЖНО записать 0 пс 7 пс=с 7 с и 20 Введя коэффициент пористости пеностеклаа: .: =1 -Р 1 пс - 1" пс1 пс 1 пс 7 с для объема пор в пеностекле пОлучим выражение 30 и переходя к скорости выработки пеностекла Япс (м/с), можно записать (для скорости образования газовых пор): Цм/с = Я, 1 - " 35С другой стороны с учетом закона Гей -Люссака можно записать40 где Ус=22,4 10 -(м/моль) - нормальный объем газа;М - число молей разложившегося газообразующего вещества в расплаве стекла;1 - время электрообработки стекломас сы, с;Т - температура стекломассы в зоне обработки, К,В свою очередь по закону электролиза 50Р где Р=9,6 104 Кл/моль - число Фарадея.Из этих соотношений можно получить выражения для электрического тока55Л 4 д23Ус Т Тогда для напряжения на электродах, принявможно записать1/ = / / = 4,3 10 пЯ а 5 в . В273, 1, Т Я Поскольку удельное сопротивление обрабатываемой стекломассы 5 величина переменная и зависит от степени газообразования в расплаве (от пористости), то 5 удобно выразить через удельное сопротивление 5 чистого расплава стекла при температуре обработки, приняв, чтор = - (р+ р"),5 10 15 20 2 3 З 35 40 45 50 55 00 05 где р" - удельное сопротивление расплава после электрической обработки.Считая, что электропроводность расплава пеностеклаЛ" = - , (См/м)1 осуществляется за счет электропроводности1стекломассы Л= - в расплаве пеностекла,Рт, е. электропроводность газовых пузырьков (пор) Лп=О, можно записать1 пс -с откуда" с 7 пс Тогда р - 2 р 1+ и для напряжения на электродах можнозаписать х - р + --в Упрощаяс .2 2тс - тпстпс 7 сГс тпс тс .1Эпс 1 1 стпс можно окончательно и оценивая 1,Л,получить/ - 1 64.10 пс .р в . В7 псЗдесь 1,64 10 (кл. О/м) - постоянныйкоэффициент;Япс - объемная скорость выработки пеностекла, м/ч;Рпс - плотность вырабатываемого пеностекла, кг/м,7, - плотность исходного стекла, кг/и,Т - температура стекломассы в зоне обработки;р - удельное электрическое сопротивление частой стекломассы при температуреэлектрообработки, Ом м; Ь - расстояние между электродами, м;5 - площадь электродов, м.1 аким образом, для соответствующихпромышленно-технологических условий напряжения на электродах, определяемое поформуле составляет порядка несколькихгектовольт, а расход электроэнергии порядка гкВт ч на 1 кг выработанного пеностекла, т, е. порядка 20 - 30 кВт ч на 1 м пеностекла.Частота импульсов электрического тока 1,связанная с длительностью цикла или пе 1риодом Т как /= - , может быть оцененаТиз того соотношения, что длительность имТ.пульса Т; - := у г,игде 1 (с) - время, необходимое на образование и отрыв пузырька от поверхностиэлектрода.Время 1 зависит от таких малоизученныххарактеристик стекломассы как работа образования пузырька, поверхностного натяжения и вязкости расплава, критическогоразмера пузырька, плотности электрического тока и других, поэтому длительностьцикла для наиболее распространенных составов стекла опытным путем может бытьоценена величиной не менее Т 10 в 1 с,что соответствует области инфранизкихчастот / 0,1 - 0,01 Гц,Использование для вспенивания расплавастекла импульсного знакопеременного токаинфранизкой частоты позволяет получитьустоичивый стационарный режим образования газовых пузырьков на электродах иобеспечивает равномерное вспениваниестекломассы.При этом диаметр газовых пузырьков,образующих поры пеностекла, возможнорегулировать в заметных пределах путемизменения плотности и частоты знакопеременного импульсного электрического тока,а также температурного режима обрабатываемого расплава стекломассы, физико-химических свойств стекломассы и составастекла,Для проверки эффективности и качественной характеристики предлагаемого способа авторами проведены опытные варкистекломассы в тигельной печи с последующим вспениванием расплава. Данные экспериментальных исследований по вспениванию стекломассы импульсным знакопеременным электрическим током инфранизкойчастоты (порядка 0,02 Гц) показывают высокую интенсивность вспенивания, хорошуюустойчивость пены, а также равномерностьвспенивания и высокую однородность нористости пеностекла (диаметр пор 2 - 2,5 мм).Кроме того, образцы полученного пеностекла имеют более высокие физико-механические свойства и лучший внешний видпо сравнению с пеностеклом, полученнымпо промышленной порошковой технологии.743961 Формула изобретения Составитель Т, Буклей Корректор О. Гусева Техред А. Камышникова Редактор А, Соловьева Заказ 1750/3 Изд. Мо 347 Тираж 569 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4(5 Типография, пр. Сапунова, 2 Обсуждение результатов эксперимента показывает, что способ позволяет осуществитьединый непрерывный технологический процесс варки и вспенивания стекломассы иреализовать непрерывный способ получения 5пеностекла по более совершенной и экономичной технологии, по сравнению с сущегтвующим промышленным порошковымспособом получения пеностекла.Экономическая целесообразность предлагаемого способа может быть обоснованаследующим расчетом,На основании средних данных по отраслисебестоимость стеклобоя технического стекла или несортовой стекломассы составляет 15около 80 руб/т, т. е. 8 коп/кг.При плотности пеностекла уравно250 кг/мз стоимость стекломассы составитне более 2 руб. на 1 мз пеностекла.Из выполненных выше расчетов следует,что расход электроэнергии на вспенивание1 м пеностекла составляет порядка25 кВт ч, а с учетом коэффициента полезного действия установки и электропитающей системы (т 1 25/,) составляет около100 кВт ч. Стоимость затраченной электроэнергии (по тарифу 1 коп/кВт ч) составляет 1,0 руб/м пеностекла. Таким образом, себестоимость пеностекла, полученного по предлагаемому способу, составит порядка 21 руб/м, что существенно ниже себестоимости пеностекла (порядка 28 - 40 руб/мз), получаемого в настояп 1 ее время порошковым способом. 1. Способ получения пеноматериалов, преимущественно пеностекла, включающий вспенивание расплава путем пропускания через него электрического тока, о т л и ч аю щ и й ся тем, что, с целью повышения качества за счет обеспечения равномерности вспенивания, через расплав пропускают импульсный знакопеременный ток инфранизкой частоты.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропускают электрический ток с прямоугольной формой импульса,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Ма 1 б 3097, С ОЗВ 19/08, 1964.2. Авторское свидетельство СССР Мо 37555, С 04 В 21/00, 1934.