«ступени в будущее» xш научно-практическая студенческая конференция



страница6/16
Дата29.07.2016
Размер3.09 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Литература

1. Ф.Янкелович. Дисперсно-армированный бетон - свойства, технология, применение. ЛатИНТИ, г. Рига, 858 с.

2. Крылов Б. Н. Фибробетон и его свойства. Обзор. Вып.4. М. ЦИНИС, 1979.

3. Фибробетон и его применение в строительстве. М. НИИНБ. 1979.



ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ НА ПРОЦЕСС СТЕКЛОВАРЕНИЯ
(ГБПОУ ВО «Семилукский политехнический колледж»)

Дмитриева Елизавета Сергеевна

Руководитель: Малюгина Ольга Викторовна
Высокопроизводительные линии производства стекла вытягиванием, прокатом, флоат – линии и новые линии для выработки полых изделий требуют интенсификации работы стекловаренных печей. Необходимость повышения эффективности работы стекловаренных печей продиктованы и экономическими факторами (ростом цен на огнеупоры, топливо и энергию), конъюктурные факторы (обострение конкуренции производителей, повышение требований к качеству изделий). Самым важным моментом для производства стекол, в частности листового, является то, что оно стало базовым продуктом для производства стеклопакетов, многослойного строительного и автомобильного стекла, стекол с покрытиями т.е. изделий, к которым предъявляются повышенные требования в отношении их качества.

С учетом современных технологий строительства требования к качеству сырьевых материалов и шихты неизмеримо возросли.

Решение задач технического перевооружения стекольной промышленности, обеспечения высокого качества ее продукции и доведения ее до уровня мировых стандартов диктует необходимость подготовки новых технических кадров для стекольной промышленности и повышения квалификации имеющихся в промышленности кадров. Важнейшую роль при этом должны играть специалисты – технологи, занятые подготовкой стекольной шихты, так как широко известно, что "качественная стекольная шихта - это наполовину сваренная стекломасса".

Актуальность работы исследования влияния качества стекольной шихты на процесс стекловарения с учетом современных тенденций вызвана рядом обстоятельств:

- перспективные способы приготовления шихты интенсивно разрабатываются за рубежом; на стекольных предприятиях работают составные цеха - автоматы, управляемые одним - двумя операторами; имеется большое количество фирм, выпускающих специальное оборудование для приготовления шихты: высокопроизводительные смесители, автоматические дозаторы, грануляторы стекольной шихты, бункера для хранения шихты нового типа и многое другое;

- острейшие экологические проблемы требуют расширения использования в технологическом процессе варки стекла различных технологических отходов, в первую очередь, вторичного стекольного боя; это требует от ИТР знания приемов его использования и принципов его обогащения;

- дефицит сырья с каждым годом влечет за собой повышение себестоимости продукции и становится проблемой отрасли;

- возникает необходимость альтернативной замены кварцевых песков более дешевым материалом без влияния на качество продукции.



Цель работы: анализ сырьевой базы стекольной промышленности, выявление перспективного способа приготовления стекольной шихты.

Задача исследований: выявление целесообразности применения кварцевого концентрата при приготовлении стекольной шихты.

Кремнезем является основной составляющей большинства промышленных стекол. Его содержание в шихте составляет более 70 %. В качестве кремнеземсодержащего компонента стекольных шихт, кроме кварцевых песков, используют жильный кварц, кварцевые песчаники и кварциты. В стекольном производстве предъявляются жесткие требования к качеству сырьевых материалов по их химическому, минералогическому и гранулометрическому составам. Основными критериями качества стекольного сырья является его химическая однородность, постоянство химического состава, а также ограниченное содержание в нем различного рода примесей.

Примеси в сырьевых материалах могут быть разделены на две группы:

- вредные примеси - оксиды железа, хрома, титана, марганца, ванадия;

- невредные - оксиды алюминия, кальция, магния, калия, натрия.

Первые сообщают стеклу нежелательную окраску. Вторые обычно входят в состав стекла. Поэтому требуется только учитывать их количество, вводимое в стекло с сырьем, с тем, чтобы откорректировать остальные компоненты шихты. Основным критерием чистоты сырьевых материалов принято считать содержание в них оксидов железа, которые снижают светопрозрачность стекла.

В связи с этим необходимо обогащать сырье. Выбор технологии обогащения зависит от минералогического состава сырья. Пески, содержащие пылевидные фракции с высоким содержанием оксидов железа, эффективно обогащаются путем промывки или воздушной сепарации. Если в песке содержатся минералы с высокой магнитной восприимчивостью, то пески должны подвергаться магнитной сепарации. Наиболее распространен в настоящее время флотооттирочный способ обогащения стекольных песков.

Комплексный подход к разработке технологий обогащения различных видов минерального сырья и широкий диапазон обогатительного оборудования позволяет создавать перспективные технологии, позволяющие получать стекольные пески из природного сырья, зачастую низкосортного, сопровождается рядом процессов. Обогащение песков сложного минерального состава с применением методов флотации и высокоградиентной магнитной сепарации.

В результате обогащения содержание оксидов железа в большинстве песков наших месторождений может быть снижено до 0,02 - 0,05%. В настоящее время стекольная промышленность потребляет около 20% обогащенного песка, который вырабатывается на обогатительных фабриках.

Несмотря на совершенствование технологии обогащения, качество стекольной шихты зависит и от зернового состава компонентов. Поэтому, становится целесообразным для интенсификации процесса варки стекла применять гранулированную шихту. Зерновой состав компонентов шихты оказывает влияние на условия ее смешивания, расслоение в процессе транспортирования и скорость реакций силикато – и стеклообразования.

Чем мельче зерна песка, тем выше скорость стеклообразования. Однако при варке монофракционного песка этот процесс протекает медленнее. Зерна песка окатанной формы плавятся с меньшей скоростью, чем угловатой, или зерна, имеющие трещины. В связи с этим требования к гранулометрии песка отличаются значительным разнообразием.

Требования стандартов обеспечивают размер песка после его просева 0,1 - 0,8 мм (табл.1), в то время как действующие зарубежные стандарты - 0,1 - 0,5 мм. Фракция крупных зерен (в песках) составляет обычно 2 - 10 %. Поскольку именно эта группа сырья задерживает процесс стекловарения, то главной задачей стадии просева при обработке сырья является отсев именно этой фракции. Также опасно присутствие в сырье фракции менее 0,1 мм (пылевидной), так как вследствие больших сил поверхностного натяжения мелкие частицы обладают способностью комковаться, т.е. в процессе варки они ведут себя как крупные частицы. Помимо отсева мелкой фракции, для ее устранения подбирается помольное оборудование, не создающее переизмельчения сырья.


Таблица 1 – Требования к гранулометрии песка

Показатели качества

Диаметр фракций песка, мм

менее 0,1

0,1 - 0,4

более 0,5

более 0,75

более 0,8

Требования ГОСТ по содержанию отдельных фракций

не более

4 - 8


93

не более

5


не более

2


не более 0,5

Содержание отдельных фракций в необогащенных песках, %

13

78

15




В данной работе приведены результаты изучения возможности использования в производстве листового стекла кварцевого концентрата, получаемого при обогащении

кварцтопазовых руд (месторождения Кемеровской области, Кузбасса) (табл.2 ).
Таблица 2 – Характеристика кварцсодержащего сырья

Компоненты

Содержание, % вес




Руда (кварцит)

Топазовый концентрат

Кварцевый концентрат

Оксид кремния

69,21 - 90,.59

37,44 — 43,90

92,1-98,96

Оксид алюминия

5,03 -22,16

44,00 — 49,60

0,25 — 4,80

Оксид кальция

сл. — 0,84

0,16-0,50

0,03 -0,50

Оксид магния

сл. — 0,40

0,00 — 0,70

сл. -0,10

Оксид титана

0,25 — 0,53

0,14-0,52

0,04-0,11

Оксид калия

сл. — 0,07

0,01 — 0,05

0,01 — 0,05

Оксид натрия

сл. -0,14

сл. — 0,05

сл. — 0,05

Оксид железа

0,59-3,35

0,37 — 2,64

0,10-0,25

Фтор

1,15-5,20

5,80- 12,96

0,059-1,25

Сера

Сл. — 1,21







П.п.п.

0,34 — 0,54

1,44-2,20

0,08 — 0,54

Огнеупорность, °С

до 1850°С

1860°С

1790°С

Сравнительный химический состав кварцевого концентрата и кварцевого песка, марки ВС – 050 – 2, используемого в технологии производства листового стекла приведен в табл. 3 [1].


Таблица 3 – Химический состав кремнеземсодержащего сырья

Материал

кварцевый



Содержание компонентов, масс, %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

P2O5

BaO

TiO2

F

С

ппп

концентрат

96,4

2,36

0,15

0,01

0,01

0,1

0,6

0,01

0,35

песок

не < 95,0

не > 2,0

не > 0,05

-

-

-

-

-

-

Кварцевый концентрат по содержанию оксида кремния удовлетворяет требованиям ГОСТ 22551 – 77, предъявляемым к кремнеземсодержащему сырью марки ВС – 050 – 2. Повышенное содержание оксидов железа и титана, относящихся к красящим примесям, может привести к изменению колера стекла и снижению его светопропускания.

Гранулометрический состав концентрата, определенный методом ситового анализа, представлен на рисунке. Концентрат относится к мелкодисперсным материалам, так как более чем на 75 % он представлен частицами размером менее 0,1 мм. Оптимальными для стекловарения считаются пески с размером частиц от 0,1 до 0,4 мм [1]. Доизмельчение песка способствует ускорению процесса варки стекла. Но повышенное содержание в песке пылевидных частиц увеличивает зону варки.

Кроме того, в случае использования мелкодисперсных сырьевых материалов в составных цехах образуется большое количество высокодисперсной пыли (свыше 50 % пылинок размером менее 1 мкм), которая является наиболее опасной для человека по фиброгенному действию. Содержание свободного диоксида кремния в пыли зависит от вида обрабатываемых материалов и колеблется от 0,2 до 20 % и реже от 20 до 70 % [2].

Рисунок 1 – Гранулометрический состав кварцевого концентрата
Известно, что размер и форма зерен кварцевого песка оказывают существенное влияние на скорость варки и на количество пороков в стекле [1]. Наиболее пригодными для стекловарения считаются пески со средним размером зерен 0,15 – 0,4 мм. Использование тонкодисперсных кварцевых частиц (при размере зерен менее 0,1 мм) приводит к комкованию шихты и, следовательно, к замедлению стеклообразования. Для уменьшения комкования требуется применять методы подготовки шихты, обеспечивающие равномерное взаимное распределение компонентов в смеси. Одним из таких способов подготовки шихты является уплотнение, которое позволяет значительно улучшить основные показатели работы стекловаренного цеха, а также успешно решать вопросы, связанные с улучшением условий труда и охраны окружающей среды [3].
Таблица 4 – Составы стекольных шихт

Шихта

Содержание компонентов в шихте, вес.ч.

Песок

Кварцит

Доломит

Полевой шпат

Сульфат натрия

Сода

Промышленного состава

65,35

-

20,33

9,71

0,98

24,09

С заменой песка на концентрат

12 %

53,35

12

20,33

9,71

0,98

24,09

50 %

32,68

32,68

20,33

9,71

0,98

24,09

100 %

-

73,03

20,72

1,65

1,03

25,26

Таблица 5 – Результаты по уплотнению шихты методом окатывания и прессования



Шихта

Метод уплотнения

Окатывание

Прессование

Время гранулирования, мин

Влажность грану

л, мас.%


Выход гранул, масс. %

Прочность гранул, МПа

Прочность плиток на сжатие, МПа

сырых

через 10 мин

Промышленного состава

15 – 20

23 – 24

70

0,15 – 0,20

0,28 – 0,30

2,2 – 3,8

Заменой песка на концентрат 12 %

15 – 20

23 – 24

72 – 75

0,15 – 0,20

0,25 – 0,30


2,5 – 3,7



50 %

20 – 25

24 – 26

90 – 95

0,18 – 0,20

0,30 – 0,35

4,5 – 5,2

100 %

20 – 25

25 – 27

95 – 97

0,13 – 0,20

0,25 – 0,29

0,8 – 1,1

Перспективным считается уплотнение методом окатывания и прессования. Для шихты промышленного состава и шихты с 12, 50 и 100 % заменой песка на кварцевый концентрат, рассчитаны составы, представленные в табл. 4. Уплотнение методом окатывания ведется на тарельчатом грануляторе с диаметром тарели 0,5 м, скоростью вращения 38 об/мин и углом наклона 47°; прессование – в металлической обойме цилиндрической формы на гидравлическом прессе при давлениях 10 – 15 МПа. Перед прессованием шихта имеет влажность до 7 мас. %, температуру до 50 – 60 °С; время перемешивания 0,5 мин. Результаты по уплотнению шихт приведены в табл. 5.

Замена в составе шихты песка на концентрат приводит к увеличению выхода гранулированного продукта до 95 – 97 %, что свидетельствует о стабилизации процесса гранулообразования. Однако, из – за высокого влагосодержания (23 – 27 %) и низкой механической прочности гранул, в технологический процесс следует вводить операцию сушки, что связано с дополнительными энергозатратами.

Образцы, полученные прессованием, имеют достаточно высокую прочность, значения которой находились в интервале 0,8 – 5,2 МПа. Максимальное значение прочности имели образцы из шихты с 50 % заменой песка на концентрат. Сравнительно низкая механическая прочность образцов из шихты со 100 % заменой песка на концентрат связана с недостаточным количеством влаги и неравномерным ее распределением в объеме образца, что приводит к уменьшению числа коагуляционных контактов, обеспечивающих начальную прочность образцов [4].

Увеличение влагосодержания шихты до 9 мас. %, а давления прессования до 20 МПа позволит получить образцы прочностью до 6,5 МПа.



Расчеты рецептов шихт показали, что для сохранения состава стекла замена песка на концентрат не должна превышать 12 мас. %. При более высоком содержании концентрата в шихте количество оксида алюминия в стекле превышает допускаемое значение. Составы шихт и стекол, полученные расчетным путем представлены в табл. 6.
Таблица 6 – Составы шихт и стекла на основе песка и концентрата

Сырьевые материалы

Состав шихты, вес.ч

Содержание оксидов в стекле, масс. %

SiO2

Na2O

CaO

Al2O3

Fe2O3

Шихта на основе кварцевого песка

Песок

65,35

64,77

-

0,16

0,14

0,05

Сода

24,09

-

13,79

-

-

-

Доломит

20,33

0,23

0,03

10,55

0,14

0,06

Полевой шпат

9,71

6,81

0,83

0,05

1,91

0,02

Сультат натрия

0,98

-

0,43

-

-

-

Состав стекла по расчету

-

71,81

15,08

10,76

2,19

0,14

Шихта на основе кварцевого концентрата (100 % замена песка)

Кварцевый концентрат

73,03

70,41

-

-

1,72

0,11

Сода

25,26

-

14,46

-

-

-

Доломит

20,72

0,24

0,03

10,75

0,14

0,06

Полевой шпат

1,65

1,16

0,14

0,01

0,32

-

Сультат натрия

1,03

-

0,45

-

-

-

Состав стекла по расчету

-

71,81

15,08

10,76

2,19

0,18

Порошкообразную и компактированную шихту варят в электрической печи со скоростью нагрева 5 град/мин, при максимальной температуре 1450 °С. Пробы образцов взятые при температурах 1250 и 1450 °С для анализа подверглись испытаниям.. Время выдержки проб при данных температурах составляло 20 мин. Отобранные пробы стекла подвергали визуальному осмотру (табл. 7).


Таблица 7Характеристики образцов стекла

Шихта

Характеристика образцов стекла, отобранных при температуре

1250 0С

1450 0С

Промышленного состава (порошкообразная)

Непровар в виде отдельных зерен кварца, небольшое количество крупных пузырей

Частичный непровар, крупные (> 0,8 мм) пузыри, зеленоватый оттенок

С заменой песка 100% (порошкообразная)

Присутствие отдельных зерен кварца, большое количество мелких пузырей

Отсутствие непровара, большое количество мелких (< 0,8 мм) пузырей, свиль, зеленоватая окраска

50 % (компактированная)

Отсутствие непроваренных зерен кварца, сравнительно небольшое количество пузырей

Отсутствие непровара, небольшое количество мелких пузырей ( 0,8 мм), зеленоватая окраска

12 % (компактированная)

То же

То же

На основе проведенных исследований выявлено, что стадия осветления при варке порошкообразных шихт с концентратом протекает медленнее, что характеризуется наличием в образцах стекла, отобранных при температуре 1450 °С, большого количества мелких пузырей. Значительно меньшее количество пузырей содержится в образцах стекла, сваренных из компактированной шихты со 100 % заменой песка на кварцевый концентрат. Указанные образцы стекла приобретают более интенсивную зеленую окраску. Такой эффект объясняется тем, что гранулированный кварц жил обладает высокими характеристиками по содержанию элементов – примесей, светопропусканию, технологическим свойствам при наплаве стекла. Однако наряду с высоким качеством собственно кварца, жильная масса (руда) содержит значительное количество минеральных примесей, извлечение которых требует серьезных усилий и достигается благодаря технологическим процессам «сухого» и «мокрого» процессов обогащения.

Применение кварцевого концентрата – перспективный способ приготовления стекольной шихты при производстве листового стекла. При этом в случае замены песка концентратом более чем на 12 % требуется проводить корректировку рецепта стекольной шихты. В качестве эффективного способа приготовления шихты на основе концентрата рекомендуется уплотнение шихты методом прессования, которое позволяет на 15 – 20 % снизить пыление шихты на всех стадиях ее подготовки и транспортировки, а также оказывает положительное влияние на процесс варки и качество стекла [3].

Низкое содержание примесей в обогащенных концентратах, незначительное количество газово-жидких и твердых включений, стабильность поведения при плавке кварцевого стекла, большие запасы исходного сырья обусловливают коммерческую и технологическую привлекательность месторождений кварцсодержащего сырья.

Применение кварцевого концентрата является важным фактором, определяющим развитие нанотехнологий. Выпуск высокочистых кварцевых концентратов и нанопорошков позволит снизить конечную стоимость продукции на внутреннем рынке, снимет зависимость от экспортных поставок и создаст благоприятные условия для привлечения инвестиций в российские технологические отрасли.


Каталог: docs -> news
news -> Задания для проведения заключительного этапа профильной Олимпиады Специальность
news -> 25 ноября 2009г, в 16ч, ауд. 294 19. 10. 2009
news -> Учет руслового процесса и режима затопления пойм при разработке противопаводковых защитных мероприятий на реках Амур и Зея и результаты работ Росгидромета по проблеме паводка 2013 года
news -> Василий Филиппович Маргелов
news -> Г вторник 13. 01. 2016 г среда
news -> 15 декабря стал очень знаковым днем как для Первого городского бизнес-инкубатора. Так и для его управляющей компании «рэо


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница