Способ получения пеноматериалов Советский патент 1980 года по МПК C03C11/00 

ходить также и при электролизе постоянным током любого другого электролита и тем более такой химически сложной системы, какой является расплав стекла. В связи с этим при использовании иостояиного тока порообразование в пепоматериале (пеностекле) в катодном и анодиом пространстве будет идти с различной иптеисивностыо и приводить к сильной неоднородности физико-хнмических свойств пеиоматериала и снижению его качества. Кроме того, использование постоянного тока вследствие различия электрохимических процессов, протекающих на аноде (окисление) и катоде (восстановление), приведет к резкому различию скорости электрохимической коррозии материала электродов и сильному уменьшению срока службы одного из электродов, а также к различию химического состава стекломассы в анодной и катодной зонах и соответственно к неоднородности физико-химических свойств получаемого пеностекла.

Цель изобретеиия - повышение качества за счет обеспечения равномерности вспенивания.

Достигают это тем, что через расплав стекла пропускают импульсный знакоиеременный электрический ток инфранизкой частоты. При этом для повышения эффективности газовыделения целесообразно пропускать электрический ток с прямоугольной формой импульса. Электрические параметры (напряжение, ток, мош,иость, длительность имиульса или частота и др.) онтимального режима обработки (вспениваиия) расплава стекла в зиачительиой степени зависят от состава стекломассы, ее электрофизических свойств, температуры, размеров электродов и объема обрабатываемой стекломассы, от количества вырабатываемого пеностекла, степени его пористости, диаметра пор (пузырей) и др. Некоторые из этих величин в первом приближении можно учесть н тем самым оценить некоторые параметры обработки стекломассы.

Напряжение на электродах И (В) при наиболее простой конфигурации зоны обработки стекломассы в первом приближении может быть определено следующим образом из известных физических соотношений.

Пренебрегая влияннем поляризации электродов (порядка вольтов) и нриняв в случае тока инфранизкой частоты полное комплексное сопротивление расплава Z R (Ом) для напряжения на электродах можно записать

и -R

где / - электрический ток через стекломассу, А;

. - р - - активное сопротивление обО

рабатываемого объема стекломассы с учетом газообразования, Ом;

L - расстояние между электродами, м; 5 - площадь электродов, р - удельное электрическое сопротивление обрабатываемой стекломассы с учетом газообразования в расплаве, Ом-м.

Для пеностекла можно записать, что его вес

Gnc пс Тпс Vc Тс + УП Тп,

где УПС, 7пс - объем пеностекла, плотность;

с, 7с - то же соответственно для стекла; 7п - объем пор и плотность газа в норах.

Принимая, что и можно записать VncVnc Vc7c и

1/ - V лс с - I ПС

Ic

Введя коэффициент пористости пеностекла

„ п пс - УС 1Тпс

ДЛЯ объема пор в пеностекле получим выражение

Уи Уи.1Тпс

Тс

Q И переходя к скорости выработки пеностекла Qnc (MVc), можно записать (для скорости образования газовых пор):

QjMVc .

с другой стороны с учетом закона Гей- Люссака можно заннсать

Q J/оУИ Г , t 273

где ,4-10-3 (м /моль) - нормальный объем газа;

М - число молей разложившегося газообразующего вещества в раснлаве стекла;

t - время электрообработки стекломассы, с;

Т - температура стекломассы в зоне обработки, °К.

В свою очередь по закону электролиза T-t

МF

где ,6-10 Кл/моль - число Фарадея. Из этих соотношений можно получить выражения для электрического тока

Qn-P 273 .д, tf/o 7

ИЛИ

/-J .0

1 I гд

1--|. А и, Т

напряжения на электродах, приL 4,3.io«r

J

/оL мз J и,. можно записать I/-/. 4,.а S -. В Поскольку удельное сонротивление обрабатываемой стекломассы 5 величина переменная и зависит от степени газообразования в расплаве (от пористости), то S удобно выразить через удельное сопротивление 5 чистого расплава стекла при температуре обработки, приняв, что Р у(Р+Р), где р - удельное сопротивление расплава после электрической обработки. Считая, что электропроводность расплава пеностекла - 1 (См/м) осуществляется за счет электропроводности стекломассы Я: -в расплаве пеностекла, т. е. электропроводность газовых пузырь- 25 ков (пор) , можно записать //1/пс XI/. откуда p-f р|1+ И ДЛЯ напряжения на электродах записать -4,3. L Тс J х-1рГ1 + л.А 2 ЧТпс J 5 Упрощая1 Jnc-Tc, Л Ьс J И оценивая V МОЖНО окончательно получить ,64. Тс -f-Py. BJ Тпс -J Здесь 1,64-105 (кл.-О/м) - постоянный коэффициент; Quo - объемная скорость выработки пеностекла, Ync - плотность вырабатываемого пеностекла, YC - плотность исходного стекла, Т - температура стекломассы в зоне обработки;р - удельное электрическое сопротивление частой стекломассы при температуре электрообработки, Ом-м; 5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 20 65 L - расстояние между электродами, м; S - площадь электродов, м Таким образом, для соответствующих промышленно-технологических условий напряжения на электродах, определяемое по формуле составляет порядка нескольких гектовольт, а расход электроэнергии порядка гкВт-ч на 1 кг выработанного пеностекла, т. е. порядка 20-30 кВт-ч на 1 м пеностекла. Частота импульсов электрического тока /, связанная с длительностью цикла или периодом Т как / --, может быть оценена из того соотношения, что длительность импульса Ti Э i, где f (с) - время, необходимое на образование и отрыв пузырька от поверхности электрода. Время f зависит от таких малоизученных характеристик стекломассы как работа образования пузырька, поверхностного натяжения и вязкости расплава, критического размера пузырька, плотности электрического тока и других, поэтому длительность цикла для наиболее распространенных составов стекла опытным путем может быть оценена величиной не менее Г Ю-100 с, что соответствует области инфранизких частот ,1-0,01 Гц. Использование для вспенивания расплава стекла импульсного знакопеременного тока инфранизкой частоты позволяет получить устойчивый стационарный режим образования газовых пузырьков на электродах и обеспечивает равномерное вспенивание стекломассы. При этом диаметр газовых пузырьков, образующих поры пеностекла, возможно регулировать в заметных пределах путем изменения плотности и частоты знакопеременного импульсного электрического тока, а также температурного режима обрабатываемого расплава стекломассы, физико-химических свойств стекломассы и состава стекла. Для проверки эффективности и качественной характеристики предлагаемого способа авторами проведены опытные варки стекломассы в тигельной печи с последующим вспениванием расплава. Данные экспериментальных исследований по вспениванию стекломассы импульсным знакопеременным электрическим током инфранизкой частоты (порядка 0,02 Гц) показывают высокую интенсивность вспенивания, хорошую устойчивость пены, а также равномернос1Ь вспенивания и высокую однородность пористости пеностекла (диаметр пор 2-2,5 мм). Кроме того, образцы полученного пеностекла имеют более высокие физико-механические свойства и лучший внещний вид по сравнению с пеностеклом, полученным по промышленной порощковой технологии.

Обсуждение результатов эксперимента ноказывает, что способ позволяет осуществить единый непрерывный технологический процесс варки и вспенивания стекломассы и реализовать непрерывный способ получения пеностекла по более совершенной и экономичной технологии, по срав 1ению с существующим промышленным порошковым способом получения пеностекла.

Экономическая целесообразность предлагаемого способа может быть обоснована следующим расчетом.

На основании средних данных ио отрасли себестоимость стеклобоя технического стекла или несортовой стекломассы составляет около 80 руб/т, т. е. 8 коп/кг.

При плотности пеностекла 7пс равно 250 кг/м стоимость стекломассы составит не более 2 руб. на 1 м пеностекла.

Из выполненных выше расчетов следует, что расход электроэнергии на вспенивание I м пеностекла составляет порядка 25 кВт-ч, а с учетом коэффициента полезного действия установки и электропитающей системы () составляет около 100 кВт-ч. Стоимость затраченной электроэнергии (по тарифу 1 коп/кВт-ч) составляет 1,0 руб/м пеностекла.

Таким образом, себестоимость пеностекла, полученного по предлагаемому способу, составит порядка 21 руб/м что существенно ниже себестоимости пеностекла (порядка 28-40 руб/м-), получаемого в настоящее время порошковым способом.

Формула изобретения

1.Снособ получения пеноматериалов, преимущественно пеностекла, включающий вспенивание расплава путем пропускания через него электрического тока, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет обеспечения равномерности вспенивания, через расплав пропускают импульсный знакопеременный ток инфранизкой частоты.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропускают электрический ток с прямоугольной формой импульса.

Источники информации, нринятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 163097, С ОЗВ 19/08, 1964.

2.Авторское свидетельство СССР № 37555, С 04В 21/00, 1934.