Technologie výroby minerální vlny spočívá v přípravě surovinové směsi (drcení horniny, strusky, drcené červené nebo vápenopískové cihly apod.), její tavení v kuplovně, vanové peci nebo jiné tavicí jednotce a zpracování taveniny do závitů o tloušťce až 8 mikronů, 5 až 40 mm. Z těchto nití se vytváří minerální vlna.
Výroba minerální vlny nezávisí na typu tavicí jednotky ani na způsobu výroby vláken a zahrnuje tyto hlavní technologické operace:
– příprava a nakládání surovin do tavicí jednotky;
– tavení surovin, získávání taveniny v tavicí jednotce;
– zpracování taveniny na vlákno;
– ukládání vláken minerální vlny;
– vytvoření koberce z minerální vlny v komoře pro ukládání vláken;
– tepelné zpracování (polymerace pojiva);
– řezání koberců a balení hotových výrobků.
Výroba minerální vlny spočívá v získání nejjemnějšího vlákna z taveniny minerálních hornin a jejich spojení dohromady pomocí pojiva.
Směs určitých poměrů surovin používaných pro výrobu kamenné vlny se nazývá vsázka. Každý podnik si vybírá své vlastní jedinečné složení poplatku. Náboj se zpravidla skládá ze dvou nebo více složek. Hlavní podmínkou pro výběr každé ze složek je získání vysoce kvalitního vlákna za použití místních přírodních surovin.
Po předběžné přípravě (sušení, mletí) vstupují minerální materiály do dávkovací komory, kde se nastaví požadované poměry složek.
Po smíchání se hotová směs dostává do pece, kde se zpracovává při teplotě asi 1500 ºС. taje to. Silikátová tavenina se vyrábí v kuplových pecích, plynových lázních, plynových elektrických a elektrických pecích. Typ tavicí jednotky je určen druhy minerálních surovin a energetických paliv používaných v technologickém procesu. Dále se používají tyto typy jednotek: šachtová pec, lázeňská pec, rekuperační lázeň, pec na strusku.
Při tavení surovinové vsázky se rozlišují tyto zóny společné pro všechny typy tavicích jednotek:
2) zóna tání (1500 ºС);
3) chladicí zóna.
Nejběžnější tavicí jednotkou při výrobě minerální vlny je kupole. Pro tavení v kuplovně se používají pevné kusové minerální suroviny a slévárenský koks.
Tato fáze je jednou z nejdůležitějších v celém výrobním procesu, neboť teplota dosažená v peci má rozhodující vliv na viskozitu taveniny, a tím i na tloušťku a délku vlákna, což následně ovlivňuje základní vlastnosti materiál (tepelná vodivost, pevnost).
V dalším stupni tavenina s danou viskozitou vstupuje do zvlákňovací jednotky, jejíž hlavními jednotkami jsou víceválcové odstředivky a komora pro ukládání vláken. Zde, když tavenina narazí na válce otáčející se vysokou rychlostí (asi 7000 ot./min), vzniká vlákno, vyfukované proudem vzduchu pod vysokým tlakem. Ve stejné fázi se zavádí pojivo modernizované různými přísadami (vodoodpudivý, odstraňovač prachu atd.), které zajišťuje rovnoměrné rozložení organických látek v celém objemu materiálu a činí jej homogennějším. Dále vlákno vstupuje do komory pro ukládání vláken, kde se vytváří koberec, a materiálu jsou dány předběžné rozměry.
V současné době existují čtyři způsoby výroby vláken z minerální vlny:
Po nanášecí komoře vláken jde koberec do zvlňovacího nebo lamelového stroje, kde dochází k částečné orientaci vláken, což umožňuje získat výrobky z minerální vlny s vysokými mechanickými vlastnostmi.
Používají se tři způsoby zavádění pojiva do vlákna minerální vlny:
stříkání nebo stříkání;
příprava hydromasy nebo buničiny.
Zavedení pojiva do koberce z minerální vlny nástřikem se používá ve většině podniků. Vodný roztok nebo emulze se přivádí do komory pro ukládání vláken, kde je pojivo rozprašováno parními tryskami, vzduchovými nebo mechanickými tryskami.
Pojivo vstupuje sběračem nebo dutým hřídelem zařízení na odstředivé vyfukování rozvlákňování nebo, u způsobu rozvlákňování s odstředivým válečkem, skrze dutý hřídel druhého, třetího a někdy i čtvrtého hřídele odstředivky. Zavádění pojiva dutou hřídelí odstředivky však není dostatečně účinné kvůli jeho značným ztrátám.
Nevýhodou způsobu nástřiku jsou velké ztráty pojiva při nástřiku (až 30 %) a nerovnoměrné rozložení pryskyřice v koberci z minerální vlny.
Zavedení vodného roztoku pojiva do koberce z minerální vlny zálivkou a současným vysáváním. Pracovní roztok pojiva z bazénu umístěného pod úrovní podlahy je čerpán do vany, odkud je skluzem přiváděn na koberec z minerální vlny vycházející z komory na ukládání vláken a smáčí jej po celé jeho šířce. V sací komoře vytváří vysokotlaký ventilátor podtlak (vakuum), který umožňuje odstranit přebytečné množství roztoku pojiva z koberce z minerální vlny. Kromě toho je pojivo odstraněno pomocí stlačovacího válce do bazénu, odkud je čerpáno zpět do bazénu pro opětovné použití. Nevýhodou této metody je přítomnost přídavných zařízení pro vysávání a také zvýšení spotřeby tepla na sušení produktů.
Při „mokré“ metodě zavádění pojiva jsou vločky minerální vlny smíchány s pojivem, což vede k tvorbě hydromasy nebo buničiny.
Lisovaný koberec vstupuje do komory tepelného zpracování, kde dochází k polymeraci pojiva a nastavování konečných fyzikálních a mechanických vlastností. Tepelné zpracování se provádí čerpáním horké chladicí kapaliny o teplotě 180 až 220 ºС. přes koberec z minerální vlny
Velká pozornost je věnována další fázi – řezání koberce na desky daných velikostí.
Výrobky připravené k použití jsou baleny do smrštitelné fólie, která při dodržení pravidel skladování, nakládání a přepravy slouží jako záruka bezpečnosti.
Minerální vlna je vláknitý materiál získávaný ze silikátových horninových tavenin, metalurgických strusek a jiných silikátových průmyslových odpadů nebo jejich směsí.
Minerální vlna se skládá z nejjemnějších vzájemně propletených vláken ve sklovitém stavu a nevláknitých vměstků ve formě kapiček zmrzlé taveniny.
Minerální vlna (ROCKWOOL, PAROC atd.). Toto je možná nejdražší materiál mezi tepelně izolačními materiály, ale nemá prakticky žádné nevýhody. Existuje však jedna nuance, a to hydrofobizace materiálu. Bez hydrofobizace bude materiál absorbovat vlhkost, ale dobré materiály jsou hydrofobizované a jejich absorpce vlhkosti je zanedbatelná.
Minerální vlna se používá k výrobě tepelně-zvukově izolačních a zvukově pohltivých výrobků a také jako tepelně-izolační materiál ve stavebnictví na povrchy s teplotou do 700 0 C. Vysoké tepelně izolační vlastnosti minerální vlna a výrobky z ní, nedostatek surovin pro její výrobu a relativně nízká cena předurčují její široké využití ve stavebnictví.
Nejpoužívanějšími výrobky z minerální vlny jsou:
Tepelně izolační desky z minerální vlny se syntetickým pojivem – pro stavební konstrukce, průmyslová zařízení a potrubí při teplotě izolovaného povrchu od -60 do +400;
Desky z minerální vlny se zvýšenou tuhostí se syntetickým pojivem – pro výrobu stavebních konstrukcí, stěnových panelů, podlah, nátěrů;
Tepelně izolační válce a půlválce z minerální vlny se syntetickým pojivem – pro potrubí při teplotě izolovaného povrchu –180+400;
Tepelně izolační desky z minerální vlny s bitumenovým pojivem – pro stavební konstrukce technologických zařízení a potrubí, průmyslových chladniček při teplotě izolovaného povrchu –100+60;
Tepelně izolační svisle vrstvené rohože z minerální vlny – pro potrubí o průměru nad 108 mm a zařízení při teplotě izolovaného povrchu -120 až +300;
Desky z minerální vlny na škrobovém pojivu – pro průmyslová zařízení a stavební konstrukce, chráněné před vlhkostí, při teplotě izolovaného povrchu -60 až +400;
Propichovací rohože z minerální vlny – pro průmyslová zařízení a potrubí při teplotě izolovaného povrchu od –108 do +600;
Výrobky z minerální vlny s vlnitou strukturou – pro potrubí a technologická zařízení při teplotách izolovaného povrchu do 400;
Elastická plsť z minerální vlny se syntetickým pojivem, pro průmyslová zařízení, nádrže při teplotách izolovaného povrchu od –180 do +600.
Minerální vlna obsahuje asi 95 % vzduchových pórů.
Výroba minerální vlny a výrobků z ní vyrobených zahrnuje tyto hlavní technologické operace: příprava surovin, příprava surovinové směsi, tavení surovin, zpracování taveniny na vlákno, ukládání minerální vlny a tvorba minerální vlny koberec v nanášecí komoře vláken, zavedení pojiva, tepelné zpracování koberce z minerální vlny, podélné a příčné řezání koberce na výrobky daných velikostí.
Způsob přípravy surovin závisí na typu tavicí jednotky používané k tavení surovin a výrobě tavenin, jako tavicí jednotka se používá šachtová pec – kuplovna, rekuperační nebo regenerační vanové pece a struskové lázňové pece.
Ukládání vláken a tvorba koberce z minerální vlny se provádí v komorách pro ukládání vláken.
Vlastnosti minerální vlny
Odolnost proti vodě, ne méně
Modul kyselosti, ne menší než
Průměrný průměr vlákna, MKSh, ne více
Hustota kg/m, ne více
Tepelná vodivost W/m.g., již při t.t
Obsah nevláknitých vměstků (kingletů) větších než 0,25 mm, %, ne více
Vlhkost %, ne více
a) pro výrobu desek se zvýšenou tuhostí z hydromasy, desek lisovaných za tepla, polosuchých lisovaných desek jakosti 200 a dalších výrobků se syntetickým pojivem;
b) pro výrobu desek jakosti 50, 75,125,175, válců, půlválců na syntetickém pojivu, pro rohože, šňůry a plsť;
c) pro výrobu desek s bitumenovým pojivem.
U vaty dodávané pro výrobu produktů se kontroluje modul kyselosti Mk, střední průměr vlákna, hustota, vlhkost organických látek.
Minerální vlna se přepravuje v krytých vozech nebo jiných uzavřených vozidlech, které ji chrání před vlhkostí, zhutněním a znečištěním.
Hlavním ukazatelem minerální vlny je
průměr vlákna v rozmezí 1-10 mikronů.
Délka vláken je dána chemickým složením taveniny a způsobem výroby a pohybuje se v rozmezí 2-300 mm. Delší vlákna dodávají výrobkům větší pevnost a pružnost.
Částice taveniny, které se nenatahují do vláken a mají kulovitý tvar, se nazývají kuličky. Tyto inkluze zhoršují tepelně izolační vlastnosti materiálů.
Pórovitost minerální vlny dosahuje 90 %, což určuje její vysoké tepelně izolační vlastnosti. Povaha pórů je otevřená, proto by minerální vlna měla být chráněna před vlhkostí, protože to zvyšuje tepelnou vodivost. Nasákavost minerální vlny je až 600%, hygroskopicita je 0,2-2%.
Vzhledem k tomu, že vlákna jsou látkou ve sklovitém stavu, vysoké provozní teploty podporují krystalizaci (devitrifikaci). Současně se zhoršují termofyzikální vlastnosti minerální vlny. Jeho tepelná vodivost by neměla překročit 0,045 W/m.g. Při teplotě 25=0,064 při teplotě 125.
Složení vsázky je voleno tak, aby poskytovalo modul kyselosti vlákna minimálně 1,5 pro nejvyšší jakostní kategorii a minimálně 1,2 pro kategorii I.
Vlákna s Mk = 1,5-2,5 se vyznačují zvýšenou provozní odolností, vlákna s Mk = 1,5-2,5 se vyznačují zvýšenou provozní odolností, vlákna s Mk1,2 jsou nestabilní vůči působení vody. Nadměrné zvýšení SiO a AlO může zvýšit viskozitu taveniny a snížit produktivitu tavicí jednotky.
Při výpočtu je proto nutné brát v úvahu nejen Mk, ale i Mv, které přesněji odráží stav taveniny.
kde M je molekulární množství každého oxidu
Modul viskozity silikátové taveniny při použití kuplovny by neměl překročit 1,2; s lázeňskou metodou výroby minerální vlny – ne více než 1,4.
Komponenty, které se stávají kapalnými při teplotách nad 1550 °C,klasifikován jako žáruvzdorný.
V každém případě se provádí zkušební tavba, při které se upravuje složení vsázky a vyjasňuje se technologický režim provozu zařízení.
Surovinou pro výrobu minerální vlny jsou průmyslové odpady – hutní a palivová struska, popel, keramický a skleněný odpad, odpad z vápenopískových cihel a také horniny.
Výchozí směsi surovin musí poskytovat nízkou teplotu tání, požadovanou viskozitu taveniny a požadované vlastnosti minerální vlny.
Složky surovinové směsi musí být bez deficitu a snadno přístupné předběžné přípravě.
Mletí surovin napomáhá urychlení reakcí tvorby silikátu a homogenizace taveniny, která je nezbytná pro získání stabilních vlastností vlákna.
Metalurgická vysokopecní struska je jedním z hlavních druhů surovin pro výrobu minerální vlny.
Jejich chemické složení je uvedeno:
Míchání strusky se provádí s kyselými přísadami s vysokým obsahem SiO a AlO s cílem snížit modul zásaditosti vsázky a zvýšit modul kyselosti na hodnotu minimálně 1,25.
Jinak má výsledné silikátové vlákno nízkou mechanickou pevnost a je nestabilní vůči působení vody kvůli vysokému obsahu CaO.
Elektrotermofosforové strusky obsahují přibližně stejné množství CaO a SiO a jsou nutně smíchány s kyselými přísadami (písek, popel atd.).
Kupolová struska se vyznačuje vysokým obsahem kyselých oxidů a nízkým bazickým obsahem SU=1,37-2,82. Lze je použít jako jednosložkovou surovinu i jako okyselující přísadu do zásaditých strusek, mají nízký bod tání.
Strusky z otevřeného ohniště jsou hlavní M = 0,49-0,76. Lze je použít jako přísadu do velmi kyselých surovin za účelem zvýšení pohyblivosti silikátové taveniny a jako tavidlo.
Strusky z neželezné metalurgie jsou klasifikovány jako kyselé, M = 0,9-3.
Elektrárenský popel. Popel z ropných břidlic a hnědého uhlí je méně kyselý než popel ze spalování uhlí.
Horniny jsou nejvhodnější ve formě vyvřelin skupiny gabro-čedič.
Chemické složení se liší v následujících mezích:
SiO-45-65%; AlO-10-20; FeO+FeO-10-15%; CaO-5-15
Vsázka a koks vložené do kuplovny (obr. 4) střídavě vstupují do rozdělovače vsázky az ní do topné zóny, kde se odstraňuje adsorpce a chemicky vázaná voda a při snižování vsázky probíhá dekarbonizace MgCO s uvolněný COB v procesu tavení postupně snižuje vsázku a vstupuje do zóny tavení, kde při teplotě 1500C přechází do kapalného stavu a vstupuje do spodní části kupole – hoří.
Zde se tavenina homogenizuje a uvolňuje odpichovým otvorem do odtokového proudu. Otvor pro baterii je vyroben ve formě otvoru o průměru 55-65 mm ve vodním plášti vloženém do speciálního otvoru. Vodní plášť je kovový válec se dvěma stěnami, mezi kterými cirkuluje voda a chrání jej před přehřátím.
Přes odtokovou vanu je minerální tavenina směrována do zařízení na tvorbu vláken.
Pro stanovení čištění kupolových pecí pracujících na tuhá paliva jsou zahrnuty následující ukazatele: nízká účinnost využití tepla, vysoké měrné náklady na palivo.
Výhody: vysoká produktivita, jednoduchost provedení, malé rozměry.
Jako topná tělesa se používají vanová kamna, topný olej nebo plyn. Do pece se vkládají suroviny o zrnitosti 1-2 mm.
Mezi nevýhody patří velké výrobní plochy a složitá příprava surovin z důvodu velkého mletí.
Šachtové pece se používají k výrobě minerální vlny z vyvřelých hornin – gabra, čediče a diabasu.
Hlavní průmyslové metody zpracování silikátové taveniny na minerální vlákna jsou foukání, odstředění a kombinované.
Dmychadla dělíme na horizontální a vertikální dmychadla.
Při metodě horizontálního foukání přichází nosič energie při vysoké rychlosti (400-800 m/s) do kontaktu s proudem taveniny přibližně v pravém úhlu, ohýbá jej a štěpí na vlákna. Jako nosič energie lze použít horký vzduch a suchou páru a odpadní topné plyny.
Tato metoda produkuje mnoho králů.
U metody vertikálního vyfukování spunbond je tavenina nejprve rozdrcena na tenké proudy vytékající z podavačů, načež jsou nafouknuty v proudu nosiče energie, nastaveného shora dolů na obou stranách pod úhlem 10-11 C vzhledem k proud taveniny.
Pro foukání proudu silikátové taveniny se používají dva typy trysek: jednoduchá kuželová tryska a Lavalova tryska.
Trysky jsou vyrobeny ve formě kulatého otvoru nebo štěrbiny a jsou navrženy jako foukací hlavy.
Mezi nové vláknité tepelně izolační materiály, na jejichž vývoji technologie a zařízení na výrobu se v posledních letech společnost Teploproekt podílela, patří plastigran a vláknité výrobky z koženého odpadu (vyvinuté společností MGSU a zvládnuté v poloprovozu Teploproekt). Tyto dva materiály mají společné to, že jsou oba určeny pro bytovou výstavbu, jsou šetrné k životnímu prostředí a snadno se instalují.
Plastigran je materiál obsahující granule minerální vlny a polystyrenový prach. Tato směs je umístěna do perforované kovové formy libovolné konfigurace a vyfukována párou. Expandující polystyrenový prach vlákno pevně váže. Experimentální zařízení bylo vyrobeno a instalováno v závodě Shchurovsky “Stroydetal” (Moskevská oblast).
Malý přídavek karbonátových hornin (vápence nebo dolomity) zvyšuje jejich modul kyselosti na 1,7-2,5. Použití této suroviny umožňuje získat minerální vlákno a výrobky na jeho bázi, které mají zvýšené užitné vlastnosti (chemicky, voděodolné, teplotně odolné), s vysokými fyzikálně-mechanickými a tepelnými konfiguračními parametry a vyfukované párou. Expandující polystyrenový prach vlákno pevně váže. Novým krokem ke zlepšení vláknitých rolových materiálů je tepelný a zvukový izolátor, jehož výrobu zahájila společnost Sudogodskoe Steklovolokno as. Stavební společnost „Kornev and K°“ navrhla zabalit sešívanou plátno do spolehlivé ochranné skořepiny, která používá „Lutrasil“ – materiál sestávající z odolného, lehkého monofilního polypropylenového syntetického vlákna. „Lutrasil“ nepropouští prach a nezvlhčuje. Skořepina z „Lutrasilu“ si zachovává své vlastnosti při 130-150 o C. V elektromechanickém závodě Lianozovsky v dílně čedičových vláken se tuhé desky vyrábějí z hydromasy, která je připravena ze supertenkých čedičových vláken a ekologického pojiva – hliníku soli s čpavkovou vodou. Desky se doporučují pro použití ve všech typech staveb, včetně bytové výstavby, jako vestavěná izolace v rámových konstrukcích stěn, příček, stropů, jakož i při organizaci protipožární ochrany ocelových dveří a jiných konstrukcí. Důležitým prvkem nových i známých vláknitých izolací je vysoce kvalitní, ekologické pojivo. Téměř všechny známé typy pojiv používaných v domácím tepelně izolačním průmyslu byly vyvinuty před 15-20 lety. V těchto letech se většina výrobků z minerální vlny používala v průmyslových zařízeních, kde jejich životnost byla určena dobou velkých oprav zařízení a nebyla dlouhá. V dnešní době, kdy se ve stavebnictví používá většina izolačních materiálů, jsou na pojiva kladeny tak zvýšené požadavky, jako je neměnná struktura, stabilita geometrických rozměrů a termofyzikální vlastnosti po celou dobu životnosti.
Práce vědců a praktiků v posledních letech umožňuje tvrdit, že značná část technologických etap výroby minerální vlny má nejmodernější řešení prověřená v tuzemském průmyslu. Zároveň zůstává v tomto technologickém řetězci otevřena velmi důležitá otázka související s vývojem, výrobou a zavedením do průmyslu moderní komory pro tepelné zpracování (polymerační) schopnou „suchou“ metodou zajistit on-line výrobu deskové izolace různých specifikovaných hodnot na jedné rychle nastavitelné lince, hustota (až 250 kg/m2) a různé tloušťky (od 40 do 250 mm). Právě tyto komory pro tepelné zpracování zajistily předním světovým společnostem pokrok a vedoucí postavení ve výrobě izolací z minerální vlny.
