СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2008 года по МПК C04B38/10 B29C70/28 C04B30/02 B29C43/00 

Изобретение относится к производству теплоизоляционных изделий, конкретнее изделий, предназначенных для снижения тепловых потерь при работе промышленного оборудования различного назначения, а также трубопроводов и воздуховодов в зданиях, сооружениях и наружных установках.

Для снижения тепловых потерь при работе промышленного оборудования используется теплоизоляция. Согласно ГОСТ 18109-80 для тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре изолируемой поверхности до 600°С применяются перлитоцементные изделия.

Большинство известных способов формования теплоизоляционных изделий характеризуется, как правило, тем, что основным компонентом формовочной смеси в них является вспученный перлитовый песок (SU 1028652 А, от 15.07.1983; SU 1818321 А1, от 30.05.1993 или RU 2203253 С2, от 27.04.2003).

За ближайший аналог принят способ производства перлитоцементных теплоизоляционных изделий согласно ГОСТ 18109-80, в котором формуемая смесь имеет следующий состав (по массе):

- вспученный перлитовый песок плотностью 75-100 кг/м³ - 43%;

- портландцемент марки не ниже 400-40%;

- асбест не ниже 6-й группы - 14%;

- вода - 230-300% от массы сухих веществ.

Необходимо отметить, что входящий в достаточно большом количестве в состав данной смеси асбест является нежелательным компонентом. В Европе его применение в аналогичных целях запрещено.

Технология изготовления перлитоцементных изделий по ГОСТ 18109-80 заключается в следующем.

Асбест обминается на бегунах при увлажнении до 30÷35% в течение 15-20 минут, затем распушается в пропеллерной мешалке в течение 20 минут. Материалы смешивают в лопастной горизонтальной мешалке периодического действия. Компоненты подают в мешалку в такой последовательности: асбестовая пульпа, цемент, которые перемешивают в течение 5 минут, затем вводят перлитовый песок и смесь перемешивают еще 1,5÷2 минуты. После смесителя полученная гидромасса поступает на формование в гидравлический пресс. Прессуют изделия на металлических формах при удельном давлении 0,05 МПа.

Отформованные изделия подвергаются тепловой обработке в тоннельных сушилах по следующему температурному режиму. Сначала изделия выдерживают при температуре 170±200°С в течение 3÷4 часов. В это время они прогреваются, основная масса воды испаряется. Затем температуру снижают и выдерживают изделия при температуре 90÷100°С в течение 6÷8 часов. В заключении температуру повышают до 150°С и досушивают изделия до остаточной влажности 20-30%. Общая продолжительность сушки 13-16 часов.

Можно видеть, что технология изготовления перлитоцементных изделий по ГОСТ 18109-80 является весьма энергозатратной: изделия подвергаются продолжительной сушке (13-16 часов) при достаточно высокой температуре (100-200°С). Для этого используется очень громоздкое и сложное технологическое оборудование. Это следует отнести к числу недостатков существующего технологического процесса.

К недостаткам теплоизоляционного перлитоцементного материала относится то, что он обладает относительно высокой теплопроводностью (недостаточной теплоизолирующей способностью).

В то же время к числу основных направлений развития отечественной и зарубежной промышленности в настоящее время относится создание и использование энергосберегающих технологий.

Технической задачей изобретения является создание новой рецептуры и технологии изготовления теплоизоляционных изделий, которые позволяют снизить затраты тепловой энергии при изготовлении изделий и повысить их теплоизолирующую способность.

Техническим результатом, обеспечиваемым при использовании изобретения, является оптимальный выбор компонентов смеси и режимов обработки, обеспечивающих указанное снижение требуемой тепловой энергии.

Указанный технический результат достигается в предложенном способе формования теплоизоляционных изделий, включающем последовательное закладывание в залитую водой работающую лопастную мешалку: супертонкого базальтового волокна, тонкого базальтового волокна, алюмосиликатных сфер, цемента и пенообразователя и перемешивание полученной массы приблизительно 6 минут, затем подачу готовой смеси под избыточном давлением порядка 0,01 МПа в форму(ы), после чего отформованную смесь выдерживают в формах приблизительно 72 часа при температуре 20±5°С и нормальной влажности и затем при той же температуре и повышенной влажности смесь выдерживают еще приблизительности 24 часа, полученные изделия вынимают из форм и высушивают при температуре 40÷50°С до полной готовности.

Упомянутые компоненты, необходимые для получения смеси, предпочтительно добавляют исходя из следующей рецептуры:

алюмосиликатные сферы ⊘ 0,1÷0,3 мм - 22%;

супертонкое базальтовое волокно ⊘ 1÷2 микрона - 0,6%;

тонкое базальтовое волокно ⊘ 5÷7 микрон - 1,2%;

цемент марки Д0 - 71%;

пенообразователь ПБ-2000 - 0,3%;

вода - 120÷150% от массы сухих веществ.

Указанная повышенная влажность преимущественно составляет 100%.

Достижение результата стало возможным благодаря предложению ввести в состав нового теплоизоляционного материала вместо вспученного перлитного песка алюмосиликатные сферы, обладающие меньшей теплопроводностью. Кроме того, для создания пористой структуры материала в его состав введен пенообразователь, «работающий» при нормальной температуре (без нагрева формуемого изделия). Создание пористой структуры формуемого изделия приводит к значительному повышению его теплоизолирующей способности.

Для повышения механической прочности теплоизоляционного изделия в состав его материала введено (в относительно небольшом количестве) супертонкое базальтовое волокно.

Ниже дается более подробное описание предпочтительного варианта осуществления предложенного изобретения.

Согласно изобретению способ осуществляется следующим образом. В лопастную мешалку заливается вода, включается электродвигатель и затем по порядку закладываются компоненты получаемой смеси: супертонкое базальтовое волокно, тонкое базальтовое волокно, алюмосиликатные сферы, цемент, пенообразователь. После закладки последнего компонента производят перемешивание массы в течение 6 минут. В емкости с готовой массой создают избыточное давление порядка 0,01 МПа, с помощью которого смесь подается в специальные формы. Отформованная смесь выдерживается в формах в течение 72 часов при температуре 20±5°С и нормальной влажности. Затем при той же температуре и влажности 100% смесь выдерживается еще 24 часа. Полученные изделия вынимаются из форм и высушиваются при температуре 40÷50°С до полной готовности.

После проведения оптимизации состава разрабатываемого материала по критерию достижения максимальной теплоизолирующей способности при сохранении достаточной прочности была получена следующая рецептура нового теплоизоляционного материала, который получил название «Термолайт-350»:

алюмосиликатные сферы ⊘ 0,1÷0,3 мм - 22%;

супертонкое базальтовое волокно ⊘ 1÷2 микрона - 0,6%;

тонкое базальтовое волокно ⊘ 5÷7 микрон - 1,2%;

цемент марки Д0 - 71%;

пенообразователь ПБ-2000 - 0,3%;

вода - 120÷150% от массы сухих веществ.

Можно видеть, что эта технология отличается от технологии изготовления перлитоцементных изделий по ГОСТ 18109-80 значительно меньшими затратами тепловой энергии.

Ниже в таблице 1 приведены сравнительные технические характеристики изделий, получаемых согласно известному способу и предложенному, при этом марки теплоизоляционных изделий соответствуют плотности их материала.

Таблица 1Основные технические характеристики изделий для тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре изолируемой поверхности до 600°СХарактеристикиЗначение характеристик дляперлитоцементных изделий по ГОСТ марокновой теплоизоляции «Термолайт-350» марок225250300350225250300350400Теплопроводность, Вт/(мК) при средней температуре:         25±5°С0,0650,0670,0730,0790,0510,0560,0600,0680,075305±5°С0,1080,1100,1160,1220,0900,0940,0990,1080,115Предел прочности при изгибе, МПа, не менее0,220,230,250,280,180,220,250,310,35

Теплоизоляционные изделия обычно выполняются в форме плит, полуцилиндров и сегментов следующих размеров:

а) плиты: длина - 500 и 1000 мм, ширина - 500 мм, толщина - 50, 75 и 100 мм;

б) полуцилиндры: внутренний диаметр - 56, 78, 91, 110, 135, 162, 222 мм; длина - 500 и 1000 мм; толщина 500-100 мм;

в) сегменты: внутренний диаметр - 162, 222, 277, 327, 380, 400 мм; длина - 500 и 1000 мм; толщина 80-105 мм.

Таким образом, предложенный способ изготовления теплоизоляционных изделий для тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре изолируемой поверхности до 600°С обладают следующими преимуществами по сравнению с прототипом:

- повышенной теплоизолирующей способностью (пониженной теплопроводностью) - на 15-20%;

- значительно более низкой себестоимостью - в 2-2,5 раза.

Технологический процесс изготовления теплоизоляционных изделий из материала «Термолайт-350» позволяет снизить энергозатраты в 15-20 раз по сравнению с технологией изготовления теплоизоляционных изделий по ГОСТ 18109-80.

Способ формования теплоизоляционных изделий включает последовательное закладывание в залитую водой работающую лопастную мешалку: супертонкого базальтового волокна, тонкого базальтового волокна, алюмосиликатных сфер, цемента и пенообразователя. Затем осуществляют перемешивание полученной массы приблизительно 6 минут. После этого готовую смесь подают под избыточном давлением порядка 0,01 МПа в форму(ы). Отформованную смесь выдерживают в формах приблизительно 72 часа при температуре 20±5°С и нормальной влажности, а затем при той же температуре и повышенной влажности смесь выдерживают еще приблизительно 24 часа. Полученные изделия вынимают из форм и высушивают при температуре 40÷50°С до полной готовности. Техническим результатом, обеспечиваемым при использовании способа по изобретению, является оптимальный выбор компонентов смеси и режимов обработки, обеспечивающих снижение требуемой тепловой энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ формования теплоизоляционных изделий, заключающийся в том, что последовательно закладывают в залитую водой работающую лопастную мешалку: супертонкое базальтовое волокно, тонкое базальтовое волокно, алюмосиликатные сферы, цемент и пенообразователь и перемешивают полученную массу приблизительно 6 мин, затем подают готовую смесь, под избыточным давлением порядка 0,01 МПа в форму(ы), после чего отформованную смесь выдерживают в формах приблизительно 72 ч при температуре 20±5°С и нормальной влажности и затем при той же температуре и повышенной влажности смесь выдерживают еще приблизительно 24 ч, полученные изделия вынимают из форм и высушивают при температуре 40÷50°С до полной готовности.2. Способ по п.1, в котором указанные компоненты, необходимые для получения смеси, добавляют исходя из следующей рецептуры:

алюмосиликатные сферы ⊘ 0,1÷0,3 мм - 22%;

супертонкое базальтовое волокно ⊘ 1÷2 мкм - 0,6%;

тонкое базальтовое волокно ⊘ 5÷7 мкм - 1,2%;

цемент марки Д0 - 71%;

пенообразователь ПБ-2000 - 0,3%;

вода - 120÷150% от массы сухих веществ.