2681

19

сжатии - от 1,4 до 2,2 МПа, водопоглощеиие - от 2,1 до 2,6 %.

Разработанные составы и режимы термической обработки шихты были положены в основу технического задания на проектирование производства пеностекла мощностью 4 тыс. м3, строительство которого на территории завода "Орбита" было начато в 1999 году. Монтаж всей технологической линии производства пеностекла фирма-подрядчик планирует завершить в

начале 2002 г.

Экологическая чистота строящегося производства и предложенной технологии подтверждены санитарно-эпидемиологическим заключением, выданным ЦГСЭН г. Н. Новгорода (№ 52.98.13.000.Т.000016.07.01 от 27.07.2001 г.) и независимой экологической экспертизой, проведенной Городским комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов г.

Н. Новгорода.

Раздел 4.5 посвящен разработке технологии переработки шлаков и отработанных формовочных песков в керамическую плитку. На основе анализа данных по стабильности химического (табл. 3) и гранулометрического

состава во времени в качестве объектов утилизации были выбраны гранулированные ваграночные шлаки ОАО "ГАЗ" и формовочные пески АО "Нижегородский машиностроительный завод".

Показано, что важную роль, определяющую качество изделий и процент брака, играют правильный подбор влажности массы, величины давления и длительности его воздействия при прессовании. Шлак и формовочная земля

являются малопластичными материалами, и отформованные при давлении от

Т а б л и ц а 3 .

20

10 до 40 МПа образцы не выдерживают даже малых нагрузок. В этой связи был проведен поиск связующих, способных обеспечить требуемую прочность прессованных изделий. Были использованы жидкое стекло, цементы, поливиниловый спирт, лигнины, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и др.

Установлено, что наиболее технологичной и дешевой является КМЦ

достаточно умеренной концентрации - не более 20 г/л, которая обеспечивает сохранность вяжущих свойств до 7 суток и достаточную для внутрицеховой транспортировки механическую прочность. Были проведены исследования по определению и оптимизации режимов сушки и обжига отформованных изделий.

Показано, что керамическая плитка, изготовленная из шлаков и формовочных песков, имеет высокое водопоглощение - около 15%, при этом

необходим поиск условий, способных обеспечить требуемое качество.

При прессовании керамических масс при производстве плитки в качестве

21

подбирали опытным путем, в зависимости от состава шихты и качественных

содержании шлаков выше 80 % качество прессования, пластичность и

текучесть массы ухудшаются, что и приводит к росту водопоглощения. На этом основании в качестве оптимального был выбран состав "шлак: глина" - 70 : 30, и все дальнейшие исследования проведены с этим составом. Были определены оптимальные значения тонкости помола - от 100 до 250 м2/кг. При больших значениях резко возрастает время помола и наблюдается незначительное улучшения качества плитки. Уменьшение тонины помола до значений менее 100 м2/кг приводит к увеличению водопоглощения за счет роста доли и размеров воздушных пустот. Зависимости водопоглощения и прочности при сжатии и изгибе от температуры спекания и давления прессования носят закономерный характер: при увеличении давления прессования от 10 до 40 МПа и температуры обжига от 1025 до 1050 °С водопоглощение падает с 10 до 2 %, а прочность при сжатии и изгибе

22

возрастает (см. рис. 7) со 100 до 220 МПа и от 30 до 45 МПа (1050°С) соответственно. Это связано с тем, что при увеличении давления и температуры спекания воздушные зазоры между частицами уменьшаются за счет более плотной упаковки.

Добавление молотого стекла в шихту в количестве более 3 % снижает водопоглощение до 1,5 % при всех соотношениях "шлак - глина" в шихте. Температуры спекания при этом понижаются на 20 - 30 °С.

Известно, что керамическая масса начинает спекаться при более низких температурах, чем те, при которых достигается максимальная плотность изделия. По мере роста температуры увеличивается доля жидкой фазы и уменьшается ее вязкость, развивается сдвигающее действие капиллярных сил и происходит заполнение пор жидкостью, что и приводит к уплотнению материала. Температуру обжига, при которой достигается максимальная плотность, принято называть температурой спекания (Тш). Такой материал не имеет открытой пористости, но сохраняет, в значительной части, закрытую пористость. Чтобы добиться дальнейшего уплотнения материала, прибегают к временной выдержке при конечной температуре обжига.

Исследования временных зависимостей прочности от времени спекания при температуре от 1025 до 1075 °С показали, что при получасовой выдержке прочность при сжатии и прочность на изгиб достигают максимума (120 и 65 МПа соответственно). Водопоглощение керамики, полученной при различных Тспи времени более 0,5 часа, практически одинаково и далее с ростом времени спекания приближается к нулевому значению. На этом основании было выбрано время спекания (0,5 часа), достаточное для достижения требуемого ГОСТом водопоглощения половой и фасадной плиток.

Температура, при которой возможен вынос керамики из печи на воздух без потери прочностных и других характеристик, и скорость ее охлаждения являются важными параметрами. От их величины зависят длина и

23

производительность линии, а также энергопотребление. Установлено, что разработанный нами керамический материал выдерживает скорости охлаждения до 7 0С/мин в интервале от температуры спекания до 750 0С. При температурах ниже 750 °С плитку можно вынимать из печи без потери ее прочностных свойств.

Рекомендованные режимы: состав шихты "шлак : глина (аф)" - 70 : 30; тонкость помола - от 200 до 250 м2/кг; давление прессования - 25 МПа; скорость нагрева шихты - 15 °С/мин; время спекания - от 0,5 часа, интервал спекания для облицовочной плитки - от 1025 до 1050, а для половой - 1050 - 1075 °С (из-за более жестких требований к величине водопоглощения). При этих режимах плитка имеет следующие параметры качества: водопоглощение - менее 3 %, прочность при сжатии и изгибе -100 и 50 МПа соответственно.

Закономерности, полученные при исследовании керамических масс "ваграночный шлак - мызинская глина", оказались схожими, но прочность изделий - значительно ниже. Это связано с тем, что мызинская глина более тощая и при одних и тех же давлениях прессования получаемое изделие более пористое и хуже спекается. По этой причине дальнейшие эксперименты с мызинской глиной нами были прекращены.

Подобный описанному выше цикл работ был проведен и с отработанной формовочной землей АО "Машзавод". Было установлено, что оптимальные условия помола, смешения, прессования и сушки смесей "формовочные пески - глина" не отличаются от тех, которые были найдены для ваграночных шлаков. Показано, что для смесей "песок - глина" водопоглощение уменьшается с ростом содержания глины [рис. 6 (кривая 4)]. Наименьшие значения водопоглощения - в 2-3 % наблюдаются при содержании песков не более 50 % по массе.

Уменьшать количество песков в шихте, с точки зрения их переработки, невыгодно, и поэтому рабочий состав смеси "песок - глина" был принят

24

равным 50 : 50 %. Для этой массы были определены интервал и время спекания: 1100 ± 15 °С и 0,5 часа соответственно.

Отметим, что плитка, изготовленная из формовочных песков, имеет красивый внешний вид и, в зависимости от состава шихты и режимов термообработки, меняет цвет от светло-бежевого до темно-фиолетового. Водопоглощение плитки находится на уровне 2-3%, а прочность при сжатии около 80 МПа.

Апробация разработанных технологических режимов получения керамической плитки из шлаков и песков была проведена в керамическом производстве завода "Орбита". Спекание проводили в 20 - метровой газовой туннельной печи.

Просушенные плитки (150 шт.) разбили на 3 партии и в вертикальном положении размещали на вагонетках на керамических подставках и в капселях с засыпкой и без нее. Были проведены 3 садки в печь, что позволило оценить качество изделий и процент брака. Установлено, что брак при открытом способе садки составляет от 30 до 35 %, в капселях с засыпкой - от 20 до 25 %. Основной причиной брака являлись коробление, оплавление ребер или недожог. Анализ причин брака показал, что туннельные печи не могут держать столь узкий интервал температур спекания. Измерения температуры в печи по длине, высоте и ширине рабочей зоны во времени с помощью передвижной термопары показали, что колебания температуры превышают допустимые пределы более чем в 2 раза. Очевидно, что для реализации технологий переработки шлаков и отработанных песков в керамические изделия требуются коренная модернизация печей и замена газового обогрева на электрический. Пробный обжиг в камерной электрической 500 - литровой печи в условиях равномерного обогрева позволил устранить указанные выше виды брака керамики.

25

3.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

3.1.Впервые разработана экологически безопасная, ресурсосберегающая технология получения высококачественного блочного пеностекла из боя стекла, новизна которой подтверждена патентом и свидетельством на полезную модель, а экологическая безопасность - независимой экспертизой и санитарно-эпидемиологическим заключением.

3.2.На основе проведенных исследований и промышленных апробаций

ООО"Экран" было разработано техническое задание на проектирование производства пеностекла из стеклобоя, первая очередь которого пущена в эксплуатацию на заводе АО "Орбита" (г. Н. Новгород) в 2000 году, а пуск всей технологической линии ООО "Экран" планирует провести в конце 2-го квартала 2002 года.

3.3.Использование в качестве сырья бытового и промышленного стеклобоя позволяет на каждом кубическом метре произведенного пеностекла плотностью 200 кг/м3 экономить 140 кг высококачественных песков, 3 кг глинозема и 50 кг соды, а замена специально сваренных стекол на стадии шихтоподготовки - до 12 МДж/кг стеклянной массы.

3.4.Найденные технические решения по конструкции форм обеспечивают возможность их автоматического раскрытия при высоких температурах и делают ненужными операцию механической обработки блоков пеностекла и подогрева печей отжига.

3.5.Применение качественного пеностекла, полученного по низкотемпературной технологии, позволит потеснить доминирующие на рынке выделяющие токсичные вещества и пожароопасные материалы типа вспененных органических масс и пылящих минеральных ват,

3.6.Предложенная технология экономит энергоресурсы, продлевает сроки службы основного оборудования и оснастки, позволяет полностью замкнуть производство и возвращать брак и улавливаемую стеклянную пыль, т.к. низкие температуры вспенивания предотвращают кристаллизацию стекла

3.7. Экспериментально обоснованы и оптимизированы составы рабочих масс и режимы технологического процесса переработки ваграночных шлаков и отработанных формовочных песков.

Публикации по теме диссертации

1. Гимик В.В, Наумов В.И., Сучков В.П. Теплоизоляционные и изоляционно-декоративные материалы на основе пеностекла// Тр. научно-технической конференции "Строительный комплекс-98", г. Н. Новгород, ННГАСУ, 1999 г..- Н. Новгород, 1999.- Т. 5.- С. 45 - 47.

2.Гимик В.В., Наумов В.И., Сучков В.П. Строительные материалы из отходов промышленных производств// Тр. научно-технической конференции "Строительный комплекс-98", г. Н. Новгород, ННГАСУ, 1999 г..- Н. Новгород, 1999.- Т. 5.- С. 43 - 45.

3.Наумов В.И., Гимик В.В., Сучков В.П. и др. Переработка стеклобоя и ваграночных шлаков ОАО "ГАЗ" в промышленные и строительные материалы и изделия// Тр. региональной конференции "Экологические проблемы промышленности и транспорта", г. Н. Новгород, 1999 г..- Н.Новгород, 1999.- С. 61 - 62.

4.Наумов В.И., Ахлестин Е.С., Гимик В.В. и др. Энергосберегающая технология получения теплоизоляционного пеностекла// Тр. научнотехнической конференции "Архитектура и строительство - 2000", г. Н. Новгород, ННГАСУ, 2001г..-Н. Новгород, 2001.- Т. 5.- С. 36 - 37.

5.Патент 2149146 РФ, МКИ С 03 С 11/00. Шихта для получения пеностекла/ Наумов В.И., Гимик В.В., Ахлестин Е.С., Головин Е.П., Сучков В.П. 98123286/03; Заявл. 12.12.98; Опубл. 20.05.00, Бюл. №14.- Зс.

6.Полезная модель 15574 РФ, МКИ С 03 С 11/00. Форма для производства пеностекла/ Ахлестин Е.С., Наумов В.И., Головин Е.П., Гимик В.В., Сучков В.П 2000108166/20; Заявл. 03.04.00; Опубл. 27.10.00, Бюл № ЗО.-Зс.

Подписано в печать 19.03.02. Формат 60x84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-шд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 214.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.