Введение к работе
Актуальность темы. Потребность различных отраслей промышленности в теплоизоляционных материалах, к которым относится минеральное волокно, постоянно возрастает.
Существующие производства по выпуску минеральной ваты, базируются на использовании вагранок, ванных и электродуговых печей, с одной стороны, требуют дополнительного сжигания топлива и применения дефицитных огнеупоров, а с другой - экологически вредны из-за несовершенства процессов образования расплава. Немаловажным сдерживающим фактором по увеличению производства теплоизоляционных материалов является дорогостоящее топливо и исходное сырье (диабаз, базальт и др.). В то же время огромные отвалы из зол и шлаков (продуктов деятельности промышленных предприятий), имеющих большое содержание БіОг и пригодных для получения минерального волокна, практически не используются из-за их высокой температуры плавления.
Использование нетрадиционного источника тепловой энергии - низкотемпературной плазмы открывает возможность переработки выше указанных отвалов в минеральное волокно в силу высокой концентрации энергии в единице объема.
В связи с этим актуальность исследований, направленных на решение научно-технической задачи создания и реализации в практике плазменных процессов и технологий получения теплоизоляционных материалов на основе исключительных свойств низкотемпературной плазмы, обусловлена отсутствием достоверных научных результатов по взаимодействию дисперсного материала шихты с мощными потоками плазмы в замкнутом объеме плазмо-химического реактора и изучению физико-химических процессов, протекающих при образовании расплава и установлению свойств, полученного плазменным способом минерального волокна.
Об актуальности исследований говорит тот факт, что несмотря на некоторые успехи в области плазменной техники широкомасштабное внедрение плазменных технологий в области теплоизоляционных материалов сдержива лось из-за отсутствия теоретических
и технологических предпосылок по созданию специализированных высокопроизводительных аппаратов, информативных данных об электро- и теплофизических характеристиках плазменного процесса получения стекловидного расплава.
Актуальность работы подтверждается включением ее в тематические планы НИИ СМ при ТГАСУ, межвузовскую программу "Строительство" (№ Государственной регистрации 01950000032), а также в комплексную программу "Сибирь" (проблема "Новые материалы и технологии" № Государственной регистрации 81030080).
В связи с этим, целью диссертационной работы явилось: разработка малоэнергоемкой плазменной технологии получения минерального волокна из природного и техногенного силикатсодержа-щего сырья с помощью низкотемпературной плазмы на основе решения научно-технических вопросов образования расплава во вращающемся плазмохимическом реакторе с последующим волокнооб-разованием.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Особенности физико-химических процессов, протекающих при образовании стекловидного расплава из шихты под воздействием высококонцентрированных потоков плазмы.
2.Качественные и количественные данные о физико-химических параметрах, полученного плазменным способом минерального волокна.
3.Закономерности изменения режимов работы плазменного генератора от газодинамического и электромагнитного воздействия на дуговой разряд и их влияние на производительность вращающегося плазмохимического реактора.
4.Технологическая схема и технические условия производства минерального волокна из природного и техногенного силикатсо-держащего сырья во вращающемся плазмохимическом реакторе.
Научная новизна работы заключается в установлении необходимых условий получения минеральной ваты из природного и техногенного силикатсодержащего сырья, при воздействии высокоэн-тальпийных потоков и массовых сил.
1.Впервые установлена одностадийность протекания процессов образования расплава, в условиях воздействия низкотемпературной плазмы, из шихты на основе природного и техногенного силикат-содержашего сырья, заключающаяся в том, что силикатообразова-ние, декарбонизация, гомогенизация и образование стекольного расплава протекают одновременно.
2.Теоретически и экспериментально доказана возможность получения минерального волокна с модулем кислотности от 1,5 до 15, которое обладает завершенной, термически стабильной структурой и оптимальным комплексом заданных физико-химических свойств.
3.Впервые предложено техническое решение получения минерального волокна из природного сырья и техногенных отходов во вращающемся плазмохимическом реакторе (патент РФ № 2075204).
4.Впервые изучены энергетические и физические характеристики плазменного генератора исследуемого типа, показано что наиболее оптимальным для плазмохимического реактора является плазмотрон с полым трубчатым катодом.
5.Установлена функциональная зависимость выхода минерального волокна от действия массовых сил, подводимой энергии и времени воздействия плазменного потока.
б.Совокупность научных результатов исследований позволила решить вопросы, сдерживающие ранее расширенное использование новых технологических и аппаратурных решений для производства минерального волокна с помощью низкотемпературной плазмы.
Практическая ценность работы состоит в решении, в первую очередь, экологической проблемы утилизации отходов горнодобывающей, металлургической и энергетической промышленности, а также в создании плазменной технологии производства минерального волокна из этих отходов, выполняемой в рамках хозяйственного договора № 414 для Гусиноозерской ГРЭС (Бурятия), что позволяет резко сократить потребность в дорогостоящих видах сырьевых материалов (диабаз, базальт и др.).
Вклад автора в проведенное исследование состоит в единоличном обосновании общей концепции работы, осуществлении поста-
новки задачи исследований и получении научных результатов, на базе которых разработана технология получения минерального волокна с использованием вращающегося плазмохимического реактора, разработке технологической карты процесса промышленного производства волокна.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены на Международной конференции " Ресурсе- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (г. Белгород, 1995 г.), на научном семинаре по экологическим проблемам крупного промышленного центра (г. Новокузнецк, 1995 г.), на 52'а научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава с участием представителей строительных, проектных и научно-исследовательских организаций в Новосибирской государственной академии строительства (г. Новосибирск, 1996 г.), на научно-технической конференции в Новосибирской государственной академии строительства (г. Новосибирск, 1997 г.).
Публикации основных научных результатов работы изложены в 14 печатных работах. Получен патент России и два положительных решения на выдачу патента.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы из 81 наименования и приложений с материалом о внедрении результатов, имеет общий объем 137 страниц, включая 29 рисунков и 13 таблиц.
