Строительные материалы из минеральных расплавов
Строительные материалы из минеральных расплавов
Стройматериалы из минеральных расплавов классифицируют по различным признакам. В зависимости от сырья они бывают стеклянные, каменные, шлаковые. По назначению выделяют стекло и изделия их него, теплоизоляционные материалы, изделия высокой прочности, стойкости к агрессивным средам. От способа производства различают материалы, получаемые прессованием, прокаткой, центробежным формованием, вытягиванием, литьем, выдуванием и другими способами. Это наиболее энергоемкие производства промышленности строительных материалов. Изделия из минеральных расплавов применяют в качестве светопрозрачных конструкций, для облицовки, технологического оборудования, эксплуатации в агрессивных средах.
Стекло - твердый, прозрачный, хрупкий материал с аморфной структурой, получаемый при охлаждении расплава неметаллических окислов. Промышленность выпускает листовое, строительное, архитектурно-декоративное, пеностекло, тарное, оптическое, электротехническое, кварцевое и другие виды стекла. В стеклообразное состояние способны переходить окислы кремния (SiO2), фосфора (Р2О5), бора (В2О5). От основного стеклообразующего окисла происходит и название стекла - силикатное, фосфатное, боратное.
Преимущественно производят силикатное стекло. Для его изготовления используют кварцевый песок, горный хрусталь каолин, полевые шпаты, глинозем, кальцинированную соду, сульфат натрия, известь, мел, доломит и различные добавки. Основными сырьевыми веществами являются кислотные (кремнезем, глинозем, окись бора), щелочные (окись калия, натрий, лития) и щелочноземельные окислы (свинца, стронция и др.) (табл. 2). Для окраски стекла применяют добавки марганца, кобальта, хрома, железа, меди, урана, золота, серебра и др., обесцвечивания (осветления) - селитру, окислы мышьяка, сурьмы. Непрозрачное стекло получают с добавками фтора, фосфора, олова.
Первичный этап производства стекла - подготовка сырья (рис. 24). Известняк, мел и другие виды сырья измельчают. Песок при необходимости обогащают промывкой, флотацией, магнитной сепарацией и высушивают. Подготовленные материалы дозируют взвешиванием, перемешивают в смесителях и получают шихту, которую загружают в печь пламенного или электрического тина. В последних удельный расход энергии в 2-3 раза меньше, чем в пламенных печах. Печи эксплуатируют при 1550-1600° и футерованы огнеупорным кирпичом. Из-за износа огнеупоров через 2-4 года печь останавливают на ремонт. В печах надевают шихту с выделением летучих компонентов, расплавляют соль, образуются силикаты натрия, калия, в которых растворяются зерна кварца. Это составляли сущность стеклообразования. Стекломассу освобождают от пузырьков газов вводом осветителей и охлаждают до необходимой рабочей вязкости, позволяющей формовать изделия методом вытягивания, проката, выдувания, отливки, прессования. В результате стекломассе придают определенную форму, которую закрепляет отжигам, закалкой, упрочнением (15-20 мин) в печах с температурой на 20° меньше, чем температура стекла. Происходит медленный переход стекла из пластического состояния в хрупкое. Это не ведет к растрескиванию стекла. Перед закалкой могут проводить механическую обработку стекла (шлифовка, полировка, обточка краев) на специальных станках с помощью абразивных материалов (кварцевого песка, корунда и др.). Более совершенная полировка стекла на поверхности расплава олова. Стекло из прокатной машины пропускают по поверхности расплавленного металла. Благодаря высокой температуре олова (около 1000°) исчезают вес неровности, а лента стекла получает абсолютно одинаковую толщину. После полировки стекло отжигают и закаляют. Закалку осуществляют нагревом стекла до пластического состояния в электропечах и резким равномерным охлаждением всей поверхности воздухом. При этом прочность, термостойкость повышается в 2,5-4 раза. Такое стекло применяют для остекления транспортных средств, изготовления дверей, перегородок зданий.
Таблица 2.Основной состав некоторых видов стекол
|
Вид стекла |
Состав, % |
|||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
Na2O |
MgO |
K2O |
B2O5 |
PbO |
|
|
Листовое |
71-73 |
1-2 |
7-10 |
14,0-15,2 |
3-4 |
- |
- |
- |
|
Трубы повышенной термостойкости |
63,5-68,0 |
3-15 |
До 13,0 |
2-4 |
4,0 |
5,0 |
20,0 |
- |
|
Стеклянные блоки |
74,3 |
0,98 |
5,61 |
14,53 |
3,6 |
0,93 |
- |
- |
|
Стекловолокно |
48-73 |
2-18 |
5-22 |
0,5-16,0 |
3,0-5,5 |
до 0,5 |
до 6,0 |
|
|
Пеностекло теплоизоляционное |
72-73 |
0,5-1,0 |
6,0-6,5 |
15,5-16,5 |
3,5-4,0 |
- |
- |
- |
|
Хрусталь |
55-77 |
- |
- |
- |
- |
10-13 |
- |
30-35 |
|
Оптическое |
47-65 |
- |
- |
- |
- |
6-8 |
- |
45,0 |
|
Сортовое посудное |
73-75 |
- |
6-10 |
8-10 |
до |
до 3,0 |
до 1,0 |
- |
|
Химически стойкое |
68-70 |
3-5 |
6-8 |
8-10 |
|
5-6 |
2-3 |
- |
Упрочнение проводят также химическими и термохимическими методами. При этом стекло обрабатывают парами плавиковой кислоты или в разогретом состоянии опускают в нагретую кремний-органическую жидкость. Бесплатные купоны на сайте
Листовое стекло получают методом вытягивания и проката. Оно бывает оконным, многослойным, зеркальным, полированным, узорчатым, армированным, волнистым, цветным и других видов.
Таким образом, процесс производства стекла состоит из подготовки сырьевых материалов, варки, формования изделий, отжита, механической обработки и закалки.
Из минеральных расплавов получают стеклокристаллические материалы - технические ситаллы и шлакоситаллы. Они представляют материал с частичной кристаллизацией стекломассы, с равномерно распределенными кристаллами (до 1 мк), соединенными тонкими прослойками остаточного стекла. Для этого в стекломассу вводят добавки-кристаллизаторы - окислы и соли различных металлов. Они создают очаги кристаллизации, ускоряют этот процесс и способствуют образованию мелкокристаллической структуры. Ситаллы изготавливают из чистых окислов, а шлакоситаллы с добавлением к ним в шихту доменных шлаков (50-65% от массы шихты). Шлаки могут быть гранулированными и огненно-жидкими. Применение расплавленных шлаков непосредственно из домны без дополнительного нагрева упрощает производственный процесс, экономит топливо и снижает производственные затраты. Это обусловливает целесообразность комбинирования производства чугуна и стекла.
Производство ситаллов состоит из тех же стадий, что и изготовление стекла. Ситаллы бывают прозрачными и различной окраски. Формование изделий проводят прокатом (листовые ситаллы) и прессованием (плитка и др.) Ситаллы имеют большой предел прочности (до 1500 МПа), высокую термостойкость (до 1100°), сопротивляемость истиранию, повышенную химическую стойкость, хорошие диэлектрические свойства. Ситаллы применяют в приборостроении, электронике, ракетной технике и т.д. Шлакоситаллы дешевле чистых ситаллов и находят более широкое применение. Их используют для антикоррозийного покрытия аппаратов, эксплуатируемых в агрессивных средах, изготовления труб, транспортирующих горячие, химические агрессивные жидкости, изоляторов, в строительстве как материал покрытий для пола, облицовки помещений, сооружения панелей, кровли, лестничных маршей, санитарно-технических изделий.
НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ