Исследование динамики процесса порообразования при термической обработке пеностекольной шихты

• Автор: Баканов, Максим Олегович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
1.1. Актуальность использования теплоизоляционных материалов в строительстве
1.2. Преимущества пеностекла в сравнении с другими теплоизоляционными материалами
1.3. Физико-химические основы порошкового способа производства пеностекла
1.4. Процессы, протекающие в пенообразующей смеси на стадии формирования пеностекла
1.5. Особенности вспенивания стекла
1.6. Подходы к моделированию процессов, протекающих на стадии формирования пеностекла
1.7. Существующие методы определения теплофизических характеристик материалов
1.8. Цельи задачи исследования
1.9. Выводы
Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Характеристики сырьевых материалов
2.2. Методы исследования свойств и структуры пеностекла
Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОРИСТОЙ
СТРУКТУРЫ В РАСПЛАВЕ ПЕНОСТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ
3.1. Физическая модель формирования пористой структуры
3.2 Основные допущения при моделировании процесса роста единичной
поры в расплаве пеностеколыюй шихты
3.3. Математическая модель роста единичной поры в расплаве пеностекольной шихты

3.4. Нахождение временной функции формирования пористой
структуры
3.5. Выводы
Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПЕНОСТЕКЛА
4.1 Метод решения краевых задач нестационарной теплопроводности
4.2. Условия проведения исследования, описание экспериментальной установки
4.3. Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В химической промышленности и строительстве все больший удельный вес приобретают синтезированные материалы, которые по своим технологическим и эксплуатационным параметрам имеют преимущества перед естественными материалами. Среди широкого аспекта строительных материалов немаловажное значение имеет изучение свойств пористых материалов, таких как пеностекло, а также технологии его получения.
На сегодняшний день производство пеностекла осуществляется преимущественно порошковым способом. Недостаточная изученность стадии порообразования при вспенивании пеностекла сдерживает темпы модернизации самой технологии. Кроме того, в настоящее время отсутствуют обоснованные математические и физические модели данного процесса, что, безусловно, влияет как на качество продукции, так и на процесс в целом.
Одним из основных направлений развития как химической промышленности, так и научной сферы является разработка энергосберегающих технологий. Основной путь снижения энергетических затрат на производство материалов лежит в изучении всех особенностей технологии их получения. При решении общей задачи экономии энергоресурсов необходимо учитывать затраты на производство самих материалов, составляющих большую часть их себестоимости. При отсутствии ясных представлений о динамике процесса порообразования, являющегося самым энергоемким при производства пеностекла, невозможно предлагать обоснованные меры, корректирующие как сам процесс вспенивания пеностекла, так и его производство в целом.
Актуальность работы. Производство теплоизоляционных изделий из пеностекла - интенсивно развивающаяся отрасль химической технологии. Одним из перспективным способов получения теплоизоляционного пеностекла является порошковая технология. Рациональный режим термической обработки является одним из важнейших этапов в технологии производства пеностекла, т. к. в

в наиболее устойчивых пенах находится между коллоидной дисперсностью и дисперсностью грубых суспензий. Особенно устойчивые пены получаются в тех случаях, когда поверхностно-активные вещества имеют твердые поверхностные слои.
При термической обработке пеностекольной шихты в интервале температур, близких к началу размягчения стекла, сначала расплавляются и слипаются поверхностные слои крупинок. Внутренние слои этих крупинок остаются еще аморфно-твердыми. При дальнейшем подъеме температур, когда начинает проявляться действие пенообразователя в результате диссоциации или сгорания, вся система увеличивается в объеме - вспенивается.
Основными факторами, обеспечивающими устойчивость пены до полного застывания пеностекла, являются:
- вязкость стекла;
- поверхностное натяжение;
- парциальное давление, развиваемое пенообразователем.
Кроме этих факторов, в процессе образования пеностекла по принятой технологической схеме определенное значение имеют:
- зерновой состав стекольного порошка;
- зерновой состав пенообразователя;
- количество и природа пенообразователя;
- условия предварительного подогрева шихты.
Текстура пеностекла определяется совокупностью всех этих условий.
Качество пеностекла как теплоизолятора определяется в первую очередь малым объемным весом, равномерным распределением пор по всему объему и максимально достижимой прочностью при данном объемном весе.
Рассмотрим влияние некоторых основных факторов на образование пеностекла и его свойств.
Вязкость стекла. Как известно, вязкость стекла резко изменяется с изменением температуры. Каждые 5-10 °С заметно изменяют [19,22] вязкость, поэтому температурный фактор в технологии пеностекла является основным.