Теплоизоляционные материалы на основе отходов стекольного производства

• Автор: Матинян, Симак Самвелович
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕГКОВЕСНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Область применения легковесных огнеупоров и их значение для промышленности

1.2. Выбор способа изготовления высокопористых керамических материалов

1.3. Методы оптимизации состава при прогнозировании свойств легковесных материалов

1.4. Выводы по первой главе

Глава 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИСЛЕДОВАНИЙ

2.1. Методика проведения экспериментальных исследований

2.2. Определение физико-механических свойств образцов
2.3. Математическое планирование эксперимента
2.4. Обработка результатов экспериментальных исследований
2.5. Выводы по второй главе
Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ИЗ КРЕМНЕЗЕМА
3.1. Формирование структуры композита в процессе формования
3.2. Характеристики вспененного полистирола
3.3. Технологические особенности изготовления кварцевой керамики
3.4. Разработка способа повышения влагопроводящих свойств кварц-полистирольной массы
3.5. Исследование процессов спекания и кристаллизации
3.6. Режимы обжига изделий из кварцевой керамики
3.7. Исследование влияния интенсивности обработки компонентов на прочность кварцевой керамики
3.8. Кристаллизация и силикатизация керамики
3.9. Кристаллизация кремнезема
3.10. Выводы по третьей главе 82 ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КВАРЦОВЫХ ОТХДОВ
4.1. Определение поровой структуры кварцевой керамики
4.2. Исследование механических и теплофизических свойств кварцевой керамики
4.3. Разработка технологии производства высокотемпературной теплоизоляции из керамики
4.4. Технико-экономическое обоснование технологии производства
4.5. Рекомендации по использованию кварцевой керамики
4.6. Выводы по четвертой главе 100 Глава 5. ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
5.1. Системный анализ технологии производства высокопористой кварцевой керамики

5.2. Математическое моделирование процесса производства кварцевой керамики
5.3. Разработка технологической линии производства кварцевой керамики
5.4. Технико-экономическое обоснование целесообразности внедрения данной технологии
5.5. Выводы по пятой главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ
Вопросы, посвященные созданию теплоизоляционных материалов, не нуждающихся при их производстве значительных энергетических затрат имеют большое теоретическое и прикладное значение. Это обусловлено тем, что, несмотря на обладание значительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливно-энергетическим комплексом, энергоемкость российской экономики существенно выше соответствующих показателей в других государствах. На современном этапе энергоёмкость производства в России в 2-3 раза превышающей удельную энергоёмкость экономик развитых стран. Причинами такого положения, являются сформировавшаяся в течение длительного периода времени структура промышленного производства и нарастающая технологическая отсталость энергоёмких отраслей промышленности. До 25% всей произведенной энергии теряется. Общий объем потерь оценивается в 350 млн. тонн условного топлива, из которых около 60 млн. тонн условного топлива - при производстве электроэнергии, около 80 млн. тонн условного топлива - при потреблении энергии отраслями промышленности, порядка 80 млн. тонн условного топлива - при производстве, передаче и распределении тепловой энергии и почти 130 млн. тонн условного топлива - непроизводственные энергопотери в зданиях.
Работа промышленных тепловых агрегатов и печей связана не только с теплопотерями в окружающую среду, а также и со значительными потерями на аккумуляцию тепла стенами. Эти потери можно намного сократить, если уменьшить теплопроводность ограждающих конструкций — футеровок, причем, тем значительнее, чем выше теплоизоляционные свойства использованных материалов. Тепловая изоляция кроме уменьшения потерь тепла в окружающую среду, создает устойчивые условия работы промышленных агрегатов, устраняет пожарную опасность, а также обеспечивает нормальные условия труда на производстве.
В качестве футеровок используются различные огнеупорные и жаростойкие материалы, которые в зависимости от назначения могут быть несущими и теплоизоляционными. Материалы называются огнеупорными, если они способны работать в условиях высокотемпературного нагрева. В отличие от других материалов к ним предъявляется комплекс требований, характеризующих их пригодность работать при высоких температурах в различных условиях.
В современных промышленных тепловых установках температура нагрева может достигать 1000-1800°С. В ряде отраслей температура службы огнеупоров значительно превышает этот предел. Поэтому футеровочные материалы должны обладать, прежде всего, огнеупорностью, т. е. способностью противостоять действию высоких температур, не расплавляясь.
Однако действие высоких температур на огнеупорные материалы не ограничивается их расплавлением, которое для обычных огнеупоров происходит при температурах выше 1650-1750°С, а для специальных - выше 2000°С. При более низких температурах огнеупорные материалы начинают размягчаться и терять прочность. Поэтому качество огнеупорных материалов оценивается также и по их способности противостоять нагрузкам при определенных температурах в течение длительного времени.
При воздействии высоких температур большая часть огнеупорных материалов уменьшается в объеме из-за дополнительного их спекания и уплотнения. Немногие огнеупорные материалы, прежде всего динас, увеличиваются в объеме. Изменение объема огнеупорного материала может вызвать повреждение, и даже разрушение футеровки. Поэтому огнеупорные материалы должны также обладать постоянством объема при температурах их службы.
Изменение температур при разогреве и охлаждении промышленных агрегатов и, как следствие этого, неравномерный разогрев футеровок вызывает растрескивание огнеупорного материала из-за его недостаточной термической стойкости, которая является одним из наиболее важных факторов, сокращающая срок службы конструкций.
Теплопроводность образцов при высоких температурах осуществляется по стандартной методике [85]. Данный метод основан на том, что создается стационарный поток тепла, который направляется через две симметрично расположенные относительно нагревателя плоскости пластины исследуемого материала. Размер образцов 140x140 мм, по ширине 15-20 мм.
Расчет теплопроводности производится по формуле:
Ь= 4 5 , (2.1)
Д1 + ДС ’
где q - измеряемый тепловой поток, кВт; 5 - толщина измеряемой пластины, м; А11,12 - перепад температуры на обе стороны пластины, °С;
Лабораторные испытания теплопроводности образцов проводились в соответствии с ГОСТ 8179-89.
Массоотдачу образцов изучали с помощью технических весов (точность измерения 0,1 г) по объему выделенной воды из материала (точность измерения 0,4 мл).
Коэффициент фильтрационного массопереноса определяли по методике В.И. Дубиницкого и по ней рассчитывали коэффициент
массопереноса [85].
Приготовленная масса подвергалась электронагреву в теплотермоизолированной форме до температуры 95-98 °С и начала изотермического нагрева форма состояла из двух пластин с односторонней перфорацией. Во время измерения фиксировался объем отжимаемой воды, создаваемой объемной долей.
Коэффициент фильтрационного массопереноса определяли из равенст-