Представлены результаты исследований по созданию безобжиговой теплоизоляции методом активного синтеза новообразований в процессе их электрогидротеплосиловой обработки и эксплуатации в тепловых агрегатах. <...> Для достижения поставленной цели исследованы и использованы возможности метода самоуплотняющихся масс, в основе которого лежит целый комплекс явлений. <...> Исследования, проведенные в МГСУ, показали, что переход от традиционных технологий к методу самоуплотняющихся масс позволяет резко сократить сроки сушки сырца с нескольких суток до нескольких часов, повысить прочность изделий, упразднить посты обрезки и шлифовки изделий. <...> Для решения поставленной научно-технической концепции выдвинута следующая научная гипотеза: создание высокотемпературной теплоизоляции нового поколения возможно путем применения энергии самоуплотняющихся масс, позволяющей синтезировать новый класс материалов в электротермосиловом поле. <...> Но для успешной разработки параметров технологий новых материалов необходимо решить комплекс вопросов, связанных с процессами формирования структуры, тепло- и массообмена при тепловой обработке масс, а также изучить особенности электропрогрева самоуплотняющейся массы в условиях постоянно изменяющейся ее влажности. <...> Безобжиговые шамотные легковесы; предпосылки для их получения 1.1. <...> В сложившейся рыночной ситуации исключение предварительного высокотемпературного обжига и длительной сушки до начала эксплуатации сырца дает возможность значительно сократить топливно-энергетические затраты производства. <...> В качестве объекта проводимых автором исследований был выбран шамотный легковес — самый массовый и универсальный материал, широко применяемый в печестроении и других строительных областях. <...> Разработок по совершенствованию производства и получению наиболее простого и перспективного способа выгорающих добавок до сих пор недостаточно, что связано со сложившимся <...>
Энергоэффективная_скоростная_технология_получения_высокотемпературных_теплоизоляционных_материалов.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ
В.Н. Соков
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СКОРОСТНАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Москва 2014
Стр.1
УДК 666.762.16-127-186
ББК 38.3
С59
СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ
Р е ц е н з е н т ы:
профессор, доктор технических наук В.Ф. Степанова,
заведующая лабораторией коррозии и долговечности бетонных
и железобетонных изделий ОАО «НИИЦ Строительство» НИИЖБ;
профессор, доктор технических наук В.Ф. Коровяков,
заместитель директора ГУП «НИИМосстрой»
Монография рекомендована к публикации
научно-техническим советом МГСУ
С59
Соков, В.Н.
Энергоэффективная скоростная технология получения высокотемпературных
теплоизоляционных материалов : монография / В.Н. Соков ;
М-во образования и науки Росс. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. Москва
: МГСУ, 2014. 328 с. (Библиотека научных разработок и проектов
НИУ МГСУ).
ISBN 978-5-7264-0869-9
Рассмотрена скоростная энергоэффективная технология по созданию высокотемпературной
теплоизоляции, позволяющая получать менее материалоемкие
изделия повышенного качества с одновременной интенсификацией (в разы) производства,
снижением топливно-энергетических расходов и ликвидацией некоторых
технологических переделов.
Представлены результаты исследований по созданию безобжиговой теплоизоляции
методом активного синтеза новообразований в процессе их электрогидротеплосиловой
обработки и эксплуатации в тепловых агрегатах. Раскрыты теоретические
представления по созданию теплоизоляции с программированной структурой
и закономерности планирования изделий с внутренним перераспределением свойств
без изменения их размеров и массы. Изучена и использована возможность изменения
физико-химических свойств поверхностного слоя глиняных частиц.
Для научных и инженерно-технических работников, научно-исследовательских
организаций, предприятий строительной индустрии и огнеупорной промышленности,
а также для преподавателей вузов, докторантов, аспирантов, магистров
и бакалавров.
УДК 666.762.16-127-186
ББК 38.3
ISBN 978-5-7264-0869-9
© ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2014
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ________________________________________________________________ 3
Раздел 1. СОЗДАНИЕ БЕЗОБЖИГОВОЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ НАПРАВЛЕННЫМ СИНТЕЗОМ НОВООБРАЗОВАНИЙ
В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОГИДРОТЕРМОСИЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
И ЭКСПЛУАТАЦИИ В ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТАХ _____________________________ 6
Глава 1. Безобжиговые шамотные легковесы; предпосылки для их получения _______ 6
1.1. Анализ современного состояния производства и применения
шамотных легковесов _______________________________________________ 6
1.2. Выбор способа производства безобжиговых высокотемпературных
теплоизоляционных материалов _____________________________________ 18
1.3. Теоретические принципы создания безобжиговой
высокотемпературной теплоизоляции ________________________________ 22
Глава 2. Методика проведения исследований и оценки характеристик изделий _____ 40
2.1. Общие положения системного анализа
и математическое планирование эксперимента _________________________ 40
2.2. Обработка результатов эксперимента _________________________________ 46
2.3. Методика физико-механических испытаний ___________________________ 47
2.4. Методика физико-химических исследований ___________________________ 48
2.5. Методика исследования тепло- и массопереноса,
теплофизических и термомеханических свойств изделий ________________ 49
Глава 3. Экспериментальные исследования ___________________________________ 54
3.1. Характеристика используемых материалов ____________________________ 54
3.2. Исследование процессов тепло- и массопереноса
при электропрогреве самоуплотняющихся
шамотно-полистирольных масс на жидкостекольном растворе ___________ 60
3.3. Регулирование влагопереноса самоуплотняющихся масс
на ранних стадиях процесса ________________________________________ 73
3.4. Управление процессами самоуплотнения масс через рационально
выбранные параметры перфорации стенок форм ______________________ 80
3.5. Исследование учета свойств дисперсионной среды и размеров
частиц твердой фазы на процесс влагоудаления
при электропрогреве самоуплотняющихся масс ________________________ 87
3.6. Изучение формовочных свойств шамотно-полистирольных масс __________ 90
3.7. Системный анализ технологии безобжиговых шамотных
теплоизоляционных материалов _____________________________________ 93
3.8. Выбор оптимальных режимов электропрогрева шамотных
самоуплотняющихся масс, затворенных жидкостекольным раствором ____ 103
3.9. Теоретические представления о физико-химических процессах,
происходящих в самоуплотненных системах, затворенных
раствором силиката натрия ________________________________________ 106
324
Стр.324
3.10. Изучение эксплуатационных свойств новых шамотных
безобжиговых теплоизоляционных изделий __________________________ 114
3.10.1. Дифференциально-термический анализ ________________________ 115
3.10.2. Рентгеноструктурный анализ _________________________________ 115
3.10.3. Электронно-микроскопический анализ _________________________ 119
3.10.4. Пористость ________________________________________________ 128
3.10.5. Прочность на сжатие ________________________________________ 130
3.10.6. Усадка при сушке ___________________________________________ 134
3.10.7. Деформация под нагрузкой при высоких температурах ____________ 135
Раздел 2. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
ИЗДЕЛИЙ С ТРЕХЗОННЫМ ЛИНЕЙНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ СВОЙСТВ ____ 137
Глава 4. Современные тенденции получения конструкционнотеплоизоляционных
изделий переменной плотности __________________________ 137
4.1. Современное состояние конструкционно-теплоизоляционных материалов ___ 137
4.2. Теоретические и экспериментальные предпосылки создания технологии
трехслойных теплоизоляционных материалов из самоуплотняющихся масс ___ 144
Глава 5. Теоретические представления о возможности создания
разноплотных изделий ___________________________________________________ 150
5.1. Анализ известных способов создания разноплотных изделий
в России и за рубежом ____________________________________________ 150
5.2. Используемые сырьевые материалы _________________________________ 153
Глава 6. Экспериментальные исследования __________________________________ 154
6.1. Теоретические предпосылки создания теплоизоляционных
огнеупоров с внутренним перераспределением свойств ________________ 154
6.2. Поиск оптимальных составов теплоизоляционных материалов
на примере высокоглиноземистого сырья ____________________________ 164
6.3. Выбор тактики форсированного электропрогрева
самоуплотняющихся масс при получении изделий
с программируемой структурой ____________________________________ 166
6.3.1 Фильтрационный массоперенос в гидротеплосиловом поле _________ 166
6.3.2. Математическое описание происходящих в гидротеплосиловом
поле процессов самоуплотнения минерально-полистирольных
формовочных масс ___________________________________________ 167
6.3.3. Изучение закономерностей формирования напряженного
состояния в замкнутом перфорированном объеме
при тепловой обработке самоуплотняющихся масс ________________ 170
6.3.4. Изучение закономерностей фильтрационного массопереноса _______ 172
6.3.5. Изучение изменения удельного электросопротивления
в процессе фильтрации механичеки связанной влаги
из самоуплотняющихся масс ___________________________________ 177
6.3.6. Изучение влияния физических характеристик формовочной
массы на процесс самоуплотнения ______________________________ 182
325
Стр.325
6.3.7. Анализ путей потери тепла при электропрогреве самоуплотняющихся
масс, находящихся в замкнутом перфорированном объеме __________ 183
6.3.8. Имитационное моделирование электропрогрева
самоуплотняющихся масс _____________________________________ 185
6.4. Исследования по получению высокоглиноземистых
теплоизоляционных материалов однородной структуры ________________ 186
6.5. Создание трехзонного огнеупорного теплоизоляционного
материала с линейным изменением плотности ________________________ 197
6.6. Выбор режима обжига огнеупорных теплоизоляционных
изделий с заданной структурой _____________________________________ 207
6.7. Изучение физико-механических свойств изделий
с планированной структурой _______________________________________ 210
Раздел 3. СКОРОСТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕГКОВЕСНЫХ
И УЛЬТРАЛЕГКОВЕСНЫХ ИЗДЕЛИЙ _____________________________________ 218
Глава 7. Возможность создания бесшамотных ультралегковесных материалов
на основе высокодисперсного сырья в гидротеплосиловом поле ________________ 218
Глава 8. Обработка технологических параметров
по изготовлению ультралегковесных бесшамотных материалов _________________ 221
8.1. Характеристика сырьевых материалов _______________________________ 221
8.2. Теоретические предпосылки и экспериментальные обоснования создания
бесшамотных ультралегковесов по скоростной технологии _____________ 223
8.2.1. Выбор и характеристика гидрофобно-пластифицирующей добавки
в соответствии с ее влиянием на способность изменения физикохимических
свойств поверхностного слоя глинистых частиц _______ 227
8.2.2. Теоретические представления об ориентированном строении
и «сетчатом» характере гидрофобных оболочек частиц глины ______ 229
8.2.3. Теоретические представления о влиянии гидрофобнопластифицирующих
добавок на пластичность
глинополистирольных композиций _____________________________ 232
8.2.4. Анализ уровня влияния различных аппаратов перемешивания
компонентов смеси на гидрофобизацию глины ___________________ 236
8.2.5. Технологические особенности метода гидротеплосилового
поля при получении бесшамотных ультрапористых материалов _____ 238
8.2.6. Теоретические представления об избирательной диффузии влаги
через полупроницаемые оболочки, образованные гидрофобнопластифицирующей
добавкой, на частицы глины _________________ 239
8.3. Определение оптимальных составов бесшамотных
ультрапористых изделий __________________________________________ 242
8.4. Исследование процессов тепломассопереноса в гидротеплосиловом поле
при электропрогреве самоуплотняющихся масс на гидрофобизированных
глинистых композициях ___________________________________________ 244
8.4.1. Математическое моделирование фильтрационного массопереноса
при самоуплотнении глинополистирольных масс __________________ 245
326
Стр.326
8.4.2. Анализ влияния термовлагопереноса при электроподогреве
глинополистирольных композиций на растрескивание сырца
в процессе сушки ____________________________________________ 256
8.5. Отработка параметров технологии бесшамотных ультрапористых изделий____ 261
8.6. Выбор режима обжига бесшамотных теплоизоляционных материалов ____ 270
8.7. Изучение микроструктуры и физико-технических свойств
бесшамотных ультрапористых изделий ______________________________ 274
8.8. Теплоизоляционные легковесные изделия на основе отходов
производства кварцевых огнеупоров ________________________________ 284
Раздел 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ
ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ БАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ
МАСС _______________________________________________________ 291
Глава 9. Производственная проверка результатов исследований по созданию безобжиговых
шамотных теплоизоляционных изделий, полученных методом активного
синтеза высокотемпературных новообразований _____________________________ 291
9.1. Производственная проверка исследований ____________________________ 291
9.2. Разработка технологической линии по производству безобжигового
шамотного теплоизоляционного материала на жидкостекольном растворе ____ 294
9.3. Технико-экономическое обоснование предложенной технологии
производства безобжигового шамотного теплоизоляционного материала __ 295
Глава 10. Заводские испытания теплоизоляционных изделий с улучшенными
эксплуатационными характеристиками, полученными путем преобразования
однородной пористой системы в неоднородную (на примере шамотных глин) ____298
10.1. Производственная проверка исследований ___________________________ 298
10.2. Разработка технологической линии по производству
теплоизоляционных огнеупорных изделий заданной структуры _________ 301
10.3.Технико-экономическое обоснование технологии
высокоглиноземистых теплоизоляционных материалов
переменной плотности ___________________________________________ 305
Глава 11. Изготовление бесшамотных ультрапористых изделий, полученных путем
интенсивного выжимания усадочной влаги из систем с искусственно измененными
физико-химическими свойствами глинистых частиц,
на заводской технологической линии _______________________________________ 307
11.1. Производственная проверка исследований ___________________________ 307
11.2. Разработка технологической линии по производству бесшамотных
ультрапористых изделий __________________________________________ 310
11.3. Технико-экономическое обоснование предложенной технологии
изготовления бесшамотных ультрапористых изделий __________________ 311
Библиографический список _______________________________________________ 312
327
Стр.327