Вакуумобезвоживание асбестоцементной массы —
За последние годы значительно увеличены мощности вакуумсистемы лентоформовочных машин. С установкой насоса РМК-3 для каждом машины на вакуумирование расходуется более половины всей энергии, потребляемой на формование изделий. Несмотря на это, влажность асбестоцементного слоя после вакуумкоробки на большинстве заводов остается высокой. Причины затруднений при вакуумировании еще не совсем ясны — неизвестно, какое влияние на этот процесс оказывает минералогический состав и удельная поверхность, в какой зависимости находится влажность слоя после вакуумирования от величины разрежения, ширины щели вакуумкоробки, толщины слоя, его влажности до вакуумирования.
Между тем роль вакуумобезвоживания в асбестоцементном производстве должна еще более возрасти в связи с предполагаемым оснащением заводов высокопроизводительными машинами. Влажность слоя после вакуумирования определяет объемный вес и прочность листа, вырабатываемого на этих машинах, а отклонение влажности на 2—3% от заданной величины может привести к массовому браку продукции
Некоторые задачи, связанные с вакуумобезвоживаннем, решены исследованиями быв. Уральского филиала АСиА СССР и Магнитогорского горно металлургического института.
С целью выяснения физической картины процесса рассмотрим одну серию опытов по вакуумобезвоживанию асбестоцементной суспензии концентрации 15% из смеси асбеста М-5-60, П-6-40 и цемента Еманжелинского завода (характеристика цемента показана в таблице). Обезвоживался слой суспензии толщиной 5,4 см, с содержанием сухих компонентой 0,8 г на 1 см2 фильтрующей поверхности. Этого достаточно для получения листа толщиной 5 мм объемного веса 1,6 г/см3.
Вакуумирование производилось в воронке с фильтрующей поверхностью 60 см2 из технического сукна при разрежении 517 сч вод ст. Учитывая возможность влагообмена между и после вакуумирования, пробы на влажность отбирали как под разрежением, так и после остановки насоса.
Прозрачные стенки воронки позволяли наблюдать образование слоя, замерять его толщину. Определялись влажность в нижней и верхней частях слоя. Полученные показатели влажности сравнивались с влажностью, которую бы слой такого же объемного веса при его полном водонасыщении. Это позволило установить объем воздушных пор по толщине слоя.
В слое происходит не постепенное снижение уровня жидкости, как показано на рис. 2 (схема III), а сквозной просос поды через капиляры. Поэтому из возможных схем вакуумобезвоживания экспериментальным данным соответствует схема /Г, названная нами капиллярным обезвоживанием. Этот процесс паб подается до тех пор, пока влажность становится равной 29—31 % Затем пода удаляется только за счет уноса ее воздухом с поверхности частиц асбестоцемента, скорость обезвоживания резко падает, что делает нецелесообразным достижение ваккумированнем влажности менее 30%.
Значительное влияние на конечную влажность слоя оказывают техническое сукно и сетка. После того, как сукно выйдет из зоны вакуумирования, между ним и слоем асбестоцемента, лежащим на его поверхности, начинается интенсивный влагообмен, причем в зависимости от влажности слоя и его веса вода может переходить из слоя в сукно и наоборот. Влагообмен способен изменять влажность слоя после вакуумирования на 11—14% (относительных). Поэтому расчет процесса вакуумобезвоживания слоев весом более 0,2 г/см2 без учета влагообмена невозможен.
Результаты исследования влагообмена между сукном и слоями различного веса и влажности представлены графически на рис. 3. Они показывают, что для слоя определенной толщины существует характерная равновесная влажность (в конце вакуумирования), при которой прекращается влагообмен. Если после вакуумирования влажность слоя больше равновесной— происходит впитывание влаги сукном и влажность слоя может снизиться на 6—10% (абсолютных). Наоборот, если влажность после вакуумирования меньше впитывает воду из сукна, влажность повышается (на 4% и более).
Характерно, что равновесная влажность тем ниже, чем меньше вес слоя. Если вес в сухом состоянии равен 0,8 г/см2— она составляет 44%, 0,3 г/см2 — 40%,, 0,16 г/см2 — 33%.
Поскольку влагообмен между сукном и слоем происходит пос вакуумирования, он значительно искажает его результаты. Для определения влажности до начала влагообмена на основе заморовважности после вакуумирования составлен график, показанный на рис. 4.
Сетка также участвует во влагообмене со слоем. Но в отличие от сукна она только отдает влагу слою после вакуумирования. Поглощение слоем влаги из сетки при влажности слоя менее 40% достигает при весе слоя 0,16—0,80 г/см2 от 0,013 до 0,070 см3/см2. Влажность слоя за счет этого увеличивается ма 4—5% (абсолютных) Поглощение влаги из сукна и сетки является дополнительным препятствием получению на плоскосеточных машинах слоя влажностью менее 30—32%.
Указанные особенности процесса вакуумирования согласуются и с теоретическими представлениями. Движение воды в капиллярах асбестоцемента идет с различной скоростью, пропорциональной квадрату их диаметра. Обезвоживание носило бы послойный характер, если бы диаметры капилляров были одинаковы. Поскольку они различны, воздушный 28 ноток прорывает водные пленки сначала и более крупных капиллярах, а затем по мере сжатия слоя и в капилляр меньшею диаметра. Таким образом, обезвоживание является капиллярным. С появлением в слое воздуха силы поверхностного натяжения препятствуют перемещению воды из капилляров меньшего диаметра в свободные капилляры большего диаметра.
На основе экспериментов по вакуумобезвоживанию асбестоцементных слоев, отличавшихся составами цемента и марками асбеста, нам удалось решить ряд производственных задач, таких как расчет размеров вакуумкоробки, в зависимости от величины разрежения свойств сырья, толщины слоя и его влажности до вакуума.
Необходимая длина зоны вакуумирования (ширина щели вакуумкоробки в см на действующих круглосеточных шиферных машинах опредетяется по формуле
Это же уравнение, после некоторых преобразований, может быть использовано и для расчета ступенчатого вакуумобезвоживания, когда имеется несколько вакуумкоробок, разрежение в которых постепенно возрастает.
Укажем, что важные для практики выводы можно сделать без вычислений, только на основе общего анализа формулы. Из формулы следует, что, увеличивая толщину слоя (его вес), необходимо щель вакуумкоробки расширить пропорционально квадрату этого увеличения. Только тогда, при прочих равных условиях, влажность слоя не изменится. Вот, кстати, почему в последнее время одновременно с ростом толщины слоя так увеличились размеры зон вакуумирования на действующих машинах. По этой же причине резко возрастает расход энергии на вакуумобезвоживание на лескосеточных машинах и машинах Маньяни.
Повышение скорости движения сукна требует пропорционального увеличения щели вакуумкоробки и, наоборот, увеличение разрежения уменьшает размеры щели.
Формула показывает также, как можно улучшить вакуумирование те без увеличения мощности вакуум-насоса.
Уравнение получено теоретически. Его вывод и методика применения для расчета ступенчатого вакуумобезвоживания будут опубликованы в бюллетене НИИСтроммаша
Поскольку вакуумсопротивление зависит от свойств сырья, были выполнены опыты по паккуумированию слоев, содержащих различные по составу и удельной поверхности цементы. Результаты опытов представлены на рис. 5.
Весьма важно для практических целей установить, как и зияет состав цемента па вакуумобезвоживание. Главным фактором вакуумсопротивления является удельная поверхность твердой фазы в слое. Поэтому наблюдается совершенно четкая закономерность увеличения по мере увеличения удельной поверхности цемента. Следовательно, влияние состава цемента на вакуумобезвоживание можно установить, если найти связь между минералогическим составом вяжущего и процессами, изменяющими размеры частиц в слое увлажненного асбестоцемента.
Известно, что частицы цемента в воде подвергаются химическому диспергированию, уменьшающему размер частиц и пор в слое. Процесс диспергирования тем интенсивнее, чем больше содержание в цементе алюминатов кальция.
Микроскопические наблюдения процесса гидратации показывают. что зерна цемента в воде покрываются оболочками из гидратационных новообразований, которые растут во всех направлениях. Объем оболочек тем больше, чем значительнее содержание С3А и C3S в цементе.
На рис. 6 показано, как может влиять размер оболочки на сечение капилляра. При неплотном слое (рис. 6,а) размеры капилляров настолько велики, что толщина оболочек не может их существенно изменить. Чем плотнее расположены частицы цемента (рнс. 6,б), тем больше будет относительное влияние толщины оболочки на сечение капилляра.
Следовательно, с увеличением содержания C3S и С3А вакуумирования также должно возрастать за счет усиления пептизации цемента и роста толщины гидратационных оболочек.
Для слоев на цементах первой группы, отвечающих требованиям стандарта по содержанию алита, характерна закономерность: чем больше показатель гидроактивиости, тем выше пакуумсопротивление. Например, для слоя на цементе полтора раза больше, чем для слоя на цементе, следовательно, во столько же раз увеличится и продозжительность вакуумобезвоживания. Поэтому, увеличивая количество C3S для повышения марки вяжушего, необходимо одновременно сокращать содержание С3А так, чтобы показатель гидроактивиости приближался к 1,5, а сумма (C3S+ + С3А) была не более 55—57%.
Слои на низкоалитовых цементах второй ГРУППЫ отличаются высоким вакуумсопротивденнем при малом показателе гидро активности. Следовательно на уменьшение размера калилзяров в из этих цементов хроме указанных причин оказывают воздействие и другие факторы, пока еще не выясненные
Аналогично влияет состав цемента и на обезвоживание асбестоцементных слоев методом прокатки.
Проведенные исследования позволяют предварительно сформулировать основные положения для выбора состава вяжущего, обеспечивающего хорошее обезвоживание асбестоцемента при вакуумировании и прокатке Содержание алита должно быть не менее 48—50%; сумма алита и трехкальциевого алюмината — не более 55—57%; удельная поверхность не должна превышать минимально необходимую для по лучения вяжущего заданной марки.
На многих заводах основной причиной неудовлетворительного вакуумобезвоживания является повышенная влажность слоя до вакуум-коробки. Чтобы установить, насколько влияет этот фактор на процесс, надо вычислить ширину вакуум-коробки при различных значениях влажности до вакуумирования. Например, если вес слоя равен 0,16 г/см2 (толщина слоя при объемном весе 1,6 г/см3— 1 мм), температура воды
Если же влажность слоя до вакуум-коробки уменьшится с 0,54 до 0,5, а остальные условия будут аналогичными, то вычисленная ширина вакуум-коробки уменьшится в два раза. Соответственно снизится и потребная мощность вакуум-насоса.
Этот пример наглядно показывает, что снижение возможности слоя до вакуум-коробки— наиболее действенный. С уменьшения расхода энергии на вакуумобезвоживание.
Большой практический интерес представляют так, результаты исследования вакуумобезвижнвашя на (или типа Маньяни) машинах, режима работы этих агрегатов невозможно без закономерностей вакуумобезвоживания.
Остается определить длину зоны фильтрации. Учитывая, что процесс фильтрации асбестоцементной суспензии на горизонтальной поверхности характеризуется уравнением фильтрации с образованием осадка, можно написать:
При использовании суспензии концентрацией 15% изменится длина зон фильтрации и вакуумобезвоживания. Выполнив те же расчеты с подстановкой 0.15, получим длину зоны фильтрации LA = 272 см; длину зоны вакуумобезвоживання LB = 265 см; длина зоны вакуумирования (272 + 265 = 537 см) возрастет почти в два раза. Соответственно увеличится расход энергии, габариты машины.