1.2 Условия и принцип расчёта состава шихты

Исходными данными для расчёта шихты служат химические составы сырьевых материалов и различные коэффициенты (модули), значения которых определяются отношением количеств кислых и основных оксидов. Обычно шихты для плавления в вагранках состоят их двух компонентов: кислого, имеющего в своём составе большое количество SiO₂ и Al₂O₃ и основного, который характеризуется повышенным содержанием CaO и MgO. Главным критерием оценки пригодности шихты для получения минеральной ваты является модуль кислотности

М_К = (SiO₂ + Al₂O₃)/(CaO + MgO),

(1)

который представляет отношение содержания в шихте суммы кислых оксидов к основным. По существующему стандарту модуль кислотности минеральной ваты типа А должен быть более 1,6, для ваты типа Б – более 1,4 до 1,6 и ваты типа В - более 1,2 до 1,4.

По степени гидролитической стойкости вату подразделяют на особенно устойчивую (pH < 4), устойчивую (pH = 4…5), среднеустойчивую (pH = 5…6), неустойчивую (pH = 6…7), и особенно неустойчивую (pH > 7). Для изготовления жёстких и твёрдых изделий на синтетическом связующем, следует применять силикатные волокна с pH < 5. Неустойчивые и особенно неустойчивые к воздействию воды волокна применяют только для производства изделий на битумном связующем.

При расчете состава шихты следует учитывать, что с увеличением содержания в ней оксидов SiO₂ Al₂O₃ возрастают гидролитическая стойкость (pH), модуль кислотности минеральной ваты (М_К), модуль вязкости расплава (М_В). Повышение М_К приводит к уменьшению производительности вагранки, перерасходу топлива и увеличению диаметра волокон ваты. поэтому при проектировании состава шихты приходится искать оптимальное решение: с одной стороны, не допускать слишком большой вязкости расплава во избежание нарушения технологического процесса, с другой – не допускать очень низкого содержания в шихте кислых оксидов в ущерб долговечности минеральной ваты. При плавлении шихты в вагранках с холодным дутьём малой интенсивности и переработке расплава в волокно по центробежно-дутьевому способу получают минеральную вату из расплава с М_В не более 1,2. Увеличение интенсивности дутья и оснащение узла переработки многовалковыми центрифугами позволяют получать минеральную вату из расплава с М_В до 1.4. При усовершенствованной ваграночной плавке с применением подогретого интенсивного дутья и многовалковых центрифуг получают минеральную вату из расплава со значением М_В более 1,6, а иногда до 2. Указанные значения М_В при расчёте состава шихты можно принять за предельные значения для конкретного способа производства минеральной ваты и, исходя из имеющегося оборудования, определить максимальное содержание кислого компонента в шихте.

Водостойкость волокон минеральной ваты оценивают по показателю pH. Чем большее количество подкислителя входит в состав шихты, тем меньшее численное значение имеет показатель pH, тем выше водостойкость получаемой ваты. Значение pH определяют по эмпирическому уравнению

pН= 0,01946071 * SiO₂ + 0,90994582 * Al₂O₃ + 0,28320562 * Fe₂O₃ + 0,51046527 * CaO + 0,4838471 * MgO - 9,02384135 * Na₂O - 0,00641397 * SiO₂ * Al₂O₃ - 0,00894679 * SiO₂ * Fe₂O₃ - 0,00645071 * SiO₂* CaO - 0,00478888 * SiO₂ * MgO + 0,07300023 * SiO₂ * Na₂O + 0,00059407 * Al₂O₃ * Fe₂O₃ - 0,02441840 * Al₂O₃ * CaO - 0,03214473 * Al₂O₃ * MgO + 0,05624161 * Al₂O₃ * Na₂O - 0,00360419 * Fe₂O₃ * CaO + 0,00611083 * Fe₂O₃ * MgO + 0,09999105 * Fe₂O₃ * Na₂O - 0,00129062 * CaO * MgO + 0,12739919 * CaO * Na₂O + 0,115158375 * MgO * Na₂O.

(2)

Одним из показателей способности вытягивания минерального расплава в волокна является значение отношения вязкости к силам свободной энергии его поверхности, т.е., к поверхностному натяжению Ơ, значение которого рассчитывается по формуле

H/м * 10^-3

(3)

где – M R_mO_n = (m R_mO_n × 100) / молекулярная масса оксида, %; m R_mO_n – массовое содержание оксида из химического состава расплава, %.

Значения молекулярной массы оксидов:

SiO₂ – 60,06;

Al₂O₃ – 101,96;

CaO – 56,08;

MgO – 40,32;

FeO – 71,85;

Fe₂O₃ – 79,84;

K₂O – 94,2;

Na₂O – 61,99.

Для получения качественной минеральной ваты поверхностное натяжение силикатного расплава должно находиться в пределах от 400 до 550 Н/м * 10^-3.