Экзаменационный билет N 5 и 6

1.Технологические свойства стекла: вязкость, поверхностное натяжение, кристаллизационная способность. Их влияние на технологический процесс получения стеклоизделий.

1) Вязкость. Вязкость стекломассы и ее температурная зависимость являются важнейшими технологическими свойствами, определяющими температурные условия различных стадий стеклообразования- варки,гомогенизации,осветления,выработки,формования,дополнительной термообработки. вязкость стекломассы очень велика. Вязкость стекол зависит от температуры и химического состава. Температурный ход изменения вязкости стекла и характеристические температуры.

По характеру изменения вязкости кривую можно условно разделить на три участка: 1-область высоких температур(до tf),2-интервал стеклования(tg-tf),3- область низких температур(ниже tg).Температурный ход кривой вязкости дает подробную информацию о температурных режимах варки, формования и термообработки стекла. В вязкостно-температурном интервале Т1 проходят процессы варки, гомогенизации и осветления расплава. Вязкость в этом интервале равна 10 Па*с.Интервал Т2,в котором вязкость изменяется от 10 до 10^8 определяет температурный интервал и скорость формования изделий из стекломассы. большую роль при этом играют температурный градиент вязкости и скорость затвердевания. Оба параметра определяются скоростью охлаждения стекломассы. Интервал Т3-интервал стеклования, вязкость 10^8-10^12.3 Т4-температурный интервал отжига. Вязкость стекол зависит от состава. Добавление щелочных оксидов приводит к резкому уменьшению вязкости. Наиболее резко снижает вязкость Li2O, также понижают MgO,CaO,BaO. Тугоплавкие оксиды Al2O3,SiO2 повышают вязкость. На практике для получения легкоплавких глазурей с повышенной текучестью в состав обычно вводят соединения фтора, бария,свинца.

Поверхностное натяжение характеризует интенсивность межмолекулярных сил, действующих на поверхности стекломассы. При производстве стекла действие сил поверхностного натяжения проявляется во многих технологических процессах и операциях, таких как гомогенизация, осветление, формование, выдувание,о топка края изделия и т д. шарообразная форма газовых включений,гладкая и блестящая поверхность стекла также обусловленны действием сил поверхностного натяжения. Высокое значение поверхностного натяжения в сочетании со своеобразным ходом температурной кривой вязкости обусловливает применение таких способов формования как непрерывное вытягивания листов стекла, выдувание полых изделий. Значительное влияние на пов.нат. оказывает состав стекла. Оксиды Li2OЮ,CaO,MgO,Al2O3 повышают поверхност. нат,оксиды К2О, РbО понижают при введении их в большом количестве.

Кристаллизация стекол.Спонтанная кристаллизация портит стекло, нарушает прозрачность, ухудшает прочность,снижает способность к формованию. Кристал. Способность стекол различна и определяется двумя факторами: скоростью образования центров кристаллизации и линейной скоростью роста кристалла. Относительное расположение кривых характеризует склонность расплава к кристаллизации. Наибольшая вероятность кристал. Стекол наблюдается в области перекрывания кривых.

2.Технология производства штапельного стекловолокна и его применение.

При формовании применяют воздушное вытягивание, центробежный и комбинированный раздув. После формования штапельные волокна,взвешенные в потоке воздуха,поступают в камеру осаждения,где оседают на движущейся ленте конвейера,склеиваясь с помощью связующего. Раствор связующего,содержащий смолу, эмульгатор и др распыляется в камере осаждения пневматическими пульверизаторами или наносится на слой волокон поливом. Далее следует сушка,термическая обработка материалов и операции по обрезке, раскрою и упаковки.

При получении волокна способом вертикального раздува паром стекломасса варится в ванной печи и поступает в питатель. Из питателя она вытекает струйками диаметром 2-7 мм. Для получения из них отрезков волокна на струи стекломассы воздействуют паром или сжатым воздухом высокого давления. Отрезки волокна оседают на сетчатый конвейер,образуя на нем слой равномерной толщины. При помощи распылителей на слой волокна наносят фенолформальдегидную смолу, склеивающую слой в непрерывную полужесткую ленту толщиной 30-50 мм. Ленту режут на матызаданных размеров.

Применение: теплоизоляционный материал.

3.Технология производства и свойства высокопрочного гипса. Области применения.

Технологическая схема

Гипсовый камень-дробление(щековая или молотковая дробилки)-тепловая обработка-сушка при атмосферном давлении в самозапарнике-помол(шаровая мельница)

Высокопрочный гипс, состоящий из альфа полугидрата, получают путем обработки паром под давлением в запарочных и самозапарочных аппаратах, герметически закрывающихся варочных котлах. Запарочный аппарат Садовского и Шкляра представляет собой закрытый вертикальный металлический цилиндр, в который загружают гипсовый камень в кусках размером 15-50 мм. Материал в запарочном аппарате обрабатывают насыщенным паром под давлением 0,23 Мпа. После обработки паром материал сушат в том же аппарате топочными газами с температурой 120-160. В самозапарочном аппарате Булычева гипсовый камень обрабатывают насыщенным паром, получаемый не в отдельных котлах, а в том же аппарате за счет выделения воды из двуводного гипса при его нагревании. Гипсовый камень вначале сушат при 60-70, а затем аппарат герметически закрывают и материал в нем подогревают до 124 топочными газами,проходящими по трубам внутри аппарата. При этой температуре двуводный гипс обезвоживается до полуводного, подвергаясь еще воздействию образующегося при обезвоживании пара под давлением. После окончания процесса материал сушат в этом же аппарате,но не герметизированном при постепенном снижении давления до 0,13 Мпа, а затем при атмосферном. Далее идет помол в шаровых мельницах. Применение. Область применения высокопрочного гипса достаточно обширна. Так, он используется в строительстве. Готовые растворы из высокопрочного гипса – отличный вариант для затирки швов. Такое гипсовое вяжущее вещество является основой для различного рода строительных смесей – шпатлевочной, самонивелирующейся и, как уже говорилось ранее, затирочной. То есть высокопрочный гипс используется в основном для проведения внутренних отделочных работ.Такой гипс, также как и формовочный, используется для изготовления форм. Отливки и формы нужны в металлургии, а также для производства сантехнических изделий из фарфора и фаянса. Также формы из высокопрочного гипса используются для отливки деталей на машиностроительной отрасли.

4.Технологическая схема производства глиноземистого цемента способом плавления. Процессы твердения. Свойства глиноземистого цемента и его применение.

В качестве сырья для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки.

Производство глиноземистого цемента путем плавления осуществляется в вагранках, электрических, доменных печах и в конверторах. Плавление происходит при высоких температурах в восстановительной среде, в результате чего вся окись железа или часть ее восстанавливается до закиси и даже до металлического железа,а часть кремнезема-до элементарного кремния,причем получающееся железо,соединяясь с кремнием дает ферросилиций. Выпускаемая из печи расплавленная масса охлаждается медленно.В доменной печи целесообразно,когда в качестве сырья применяют бокситы со значительным содержанием окислов железа. Кроме бокситов в доменную печь загружают известняк,кокс и металлический лом. В доменной печи происходит полное восстановление соединений железа и частичное восстановление кремнезема.в результате такого применения в доменной печи одновременно получают чугун,глиноземистый цемент,а также доменный газ.

Процессы твердения:окислы: Al2O3 -30-50%; CaO- 35-45; SiO2-5-15; Fe2O3-5-15/ важнейшим минералом является однокальциевый алюминат, кроме того еще могут входить 2 алюмината кальция: 12CaO*7Al2O3, CaO*2Al2O3.ю а также двухкальциевый силикат, геленит.

В процессе твердения глиноземистого цемента при обычных температурах однокальциевый алюминат подвергается гидролзу,давая в качестве первичной фазы CAH10,который является нестабильгым и в дальнейшем перекристаллизовывается в C2AH8 по схеме:

2(CaO*Al2O3)+20H2O=2(CaO*Al2O3*10H2O)

2(CaO*Al2O3*10H2O)=2 CaO*Al2O3*8H2O+2Al(OH)3+9H2O

Продукты выделяются в виде гелеобразных масс. При дальнейшем твердении происходит уплотнение геля двухкальциевого алюмината и кристаллизация дополнительных количеств новообразований,что приводит к упрочнению камня. Также образуется C4AH13,обе эти фазы кристаллизуются в виде гексагональных пластинчатых кристаллов и являются метастабильными.С течением времени возможен переход в С3AH6 в стабильную кубическую форму, но очень медленно. При более высоких температурах идет перекристаллизация C2AH8 и C4AH13 в C3AH6 что ведет к спаду прочности, из-за внутренних напряжений. При твердении выделяется большое количество теплоты.

Глиноземистый цемент является быстротвердеющим,но не быстросхватывающимся. Начало схватывания не ранее 30 мин, конец не позднее 12 часов . нельзя смешивать его с портландцементом,так как значительно ускоряет схватывание глиноземистого цемента и низкая прочность. Глиноземистый цемент более стоек против действия сульфатных, углекислых и других природных вод,чем портландцемент. Применяют в тех случаях, когда необходимо быстро ввести в эксплуатацию воздвигаемое сооружение, при зимнем бетонировании,для пригтовления жароупорного бетона и расширяющегося цемента.

Билет 6

1. Перечислите отличительные особенности стеклообразного состояния и их взаимосвязь со структурой стекла

1)рентгеноаморфность. Все стекла независимо от состава рентгеноаморфны.

2)изотропность. Свойства стекла одинаковы во всех направлениях, что обусловленно отсутствием направленной ориентации частиц.

3)отсутствие определенной температуры плавления. При изменении температуры происходит монотонное и непрерывное изменение всех свойств стекла.

4) метастабильность и неравновестность, т.е наличие запаса внутренней энергии из за неупорядоченности строения.

2.Технология получения тарного стекла.

Варку стекла осуществляют в ванных печах с поперечным и подковообразным направлением пламени, в которых самостоятельные варочная и выработочная части в подсводовом пространстве разделены экраном, а их бассейны внизу соединены протоком. температура варки тарных стекло поддерживается на уровне 1530-1600. Для интенсификации процессов варки используют такие средства,как бурление стекломассы и электроподогрев.

Используется Метод выдувания и прессовыдувания. Получили распространение машины как с капельным, так и с вакуумным питанием стекломассы. Капельный питатель одним концом примыкает к ванной печи, другой его конец заканчивается чашей с отверстием и очком в дне. Стекломасса из студочной части печи поступает в канал питателя. Над очком питателя расположен плунжер , который перемещаясь вверх и вниз готовит порцию стекломассы,которая отрезается ножницами и по лотку поступает на формование. При вакуумном способе стекломасса засасывается непосредственно в черновые формы машины из вращающейся отапливаемой чаши, в которую она поступает через лоток из ванной печи. формование изделий происходит в 2 стадии: на первой стадии формуется горло изделия и заготовка, на второй- окончательно выдуваю стекло. Черновые формы получают стекло из питателя через подвижные воронки и лотки поочередно. В черновой форме осуществляется формование горла изделия и выдувание пульки(горлом вниз),затем черновая форма раскрывается, пулька удерживается клещами, переворачивается на 180 градусов и передается в чистовую форму, где сжатым воздухом выдувается изделие.

3)Твердение гипсовых вяжущих. Теории твердения Ле-Шателье, Михаэлиса, А.А.Байкова

Теория михаэлиса.

4.Внутрипечные теплообменные устройства печей мокрого способа. Их эффективность.

Для увеличения теплообмена между обжигаемым материалом и газами в корпус печи устанавливают теплообменные устройства: фильтры-подогреватели, цепные завесы и теплообменники.
Фильтр-подогреватель — первое теплообменное устройство, находящееся на расстоянии 2—5 м от холодног конца печи. Фильтр-подогреватель очищает дымовые га зы от крупных частиц пыли и способствует интенсивно му подогреву шлама до 60—70°С. Чаще всего применяю фильтры-подогреватели мембранной и крестообразно конструкции.
Мембранный фильтр-подогреватель) представляет собой две металлические поперечные решетчатые перегородки . Образованная этими перегородкам полость печи длиной 500—800 мм разделена продольными сплошными перегородками / на шесть секций 2, каждая из которых снабжена карманом 3. Карманы и секции сообщаются между собой через отверстия. Через лю ки секции заполняют на 50—70 % короткими цилиндра ми (обрезками труб диаметром и длиной 80—150 мм). Шлам поступает в фильтр-подогреватель через решетчатые перегородки и налипает на цилиндры. Горячие отхо дящие дымовые газы движутся навстречу шламу, омыва ют цилиндры, подогревают шлам и выходят через отверстия перегородки.
Крестообразный фильтр-подогреватель состоит из 12 ячеек, сблокированных в виде креста, разделяющего поперечное сечение печи на четыре камеры 2, заканчивающиеся карманами 3. Секторы А открыты с стороны горячего конца печи, а секторы В со сторон холодного. Газы поступают в секторы Л, проходят через камеры, изменяют свое направление на 90°, двигаясь поперек печи в секторы В, просасываясь через слой смоченных шламом цилиндров. При этом шлам нагревается, а газы очищаются от пыли. По длине печи обычно устанавливают 2—3 мембранных или крестообразных фильтра-подогревателя.

Цепные завесы обеспечивают наиболее эффективный теплообмен между газовым потоком и материалом во вращающихся печах. Длина цепной завесы зависит ог размеров печи и изменяется от 18 (для печей длиной 100 м) до 52 м (для печей длиной 185 м). Цепи устанавливают на расстоянии 0,5—1 м от фильтра-подогревателя. Выходящий из подогревателя шлам равномерно покрывает цепи и высушивается горячими дымовыми газами. Конструкция цепной завесы должна способствовать хорошей грануляции шлама. Цепи навешивают за один конец (при этом второй оказывается свободно висящим| или за два конца винтовыми или перекрещивающимися гирляндами.
В процессе вращения печи находящиеся внизу цепи погружаются в шлам, обволакиваются им и, выходя верхнее положение, образуют большую пылеулавливаю щую поверхность. Во вращающихся печах применяют цепи с круглыми, овальными и двухвитковыми звеньями и^ прутковой стали диаметром 16—26 м. Общая длина цепей в длинных печах 2000 м и более, поверхность более 2000 м2.
В той части зоны подсушки вращающихся печей, где влажность материала меньше 3—12%. а также в зонд подогрева устанавливают теплообменники. В этой части печи за цепями температура газового потока составляет 700—1200 °С. По конструкции теплообменники делятся на металлические, керамические и цепные. На цементные заводах применяют ячейковые, звеньевые, циклоидные шарнирно-винтовые, конусные и другие металлические теплообменники. В продольном направлении печи теплобменники образуют сплошные или прерывистые каналы, по которым передвигается сырьевой материал. Чаще всего используют циклоидные теплообменники, состоящие из набора изогнутых пластин из жароупорной ста^ ли. Поверхность теплообменника 170 м2, общая массі 22,8 т. Керамические теплообменники применяют при тем пературе газового потока 1000—1200°С£ Они делят печи на три ячейки и состоят из трех-четырех секций длино! 6—9 м. Цепные теплообменники изготовляют из цепей и устанавливают за цепными завесами на длине 5—7 м.
При наличии теплообменников поверхность соприкосновения газов и материала увеличивается.