Волокнистых теплоизоляционных материалов

Обзор производства

Основой промышленности теплоизоляционных материалов является производство теплоизоляционных изделий из минеральной ваты. На территории России расположено 69 предприятий и цехов по производству таких изделий. Общее количество технологических линий - 122. Суммарная установленная (проектная) мощность предприятий - около 12 млн м³ в пересчете на изделия плотностью 100 кг/м3.

Некоторые предприятия выпускают материалы, которые нельзя отнести к современным. Это минераловатные плиты на битумном связующем, минераловатные плиты, получаемые из гидромассы. К уходящим в прошлое минераловатным утеплителям следует также отнести изделия, диаметр волокна в которых превышает 5-6 мкм, а в качестве связующего используется экологически вредные вещества. Очевидно, что даже в условиях ожидаемого повышенного спроса эти материалы не будут востребованы, а мощности этих производств не будут расти.

Среди наиболее широко применяемых, как в индустриальных строительных конструкциях, так и в дополнительной изоляции зданий, такие волокнистые утеплители как плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-96 и ТУ 762-010-04001485-96) марок П75, П125, П225; изделия из стеклянного волокна (ТУ 5763-002-00287697-97) марок П45, П45Т, П6О, П75. Для утепления кровли, чердачных перекрытий наряду с указанными изделиями применяются также минераловатные плиты повышенной жесткости на синтетическом связующем (ГОСТ 22950-95), плиты минераловатные гофрированной структуры (ТУ 5762-001-05299710-94) марок П175ГС, П200ГС.

Такую продукцию выпускают сегодня многие отечественные заводы: АО "Термостепс" (Тверь, Ярославль, Салават, Омск, Пермь), АО "Комат", АО "Мосасботермостекло", Назаровский ЗТИМ, Бокииский ЗТМ, Челябинский АКСИ, "Флайдерер-Чудово" н другие.

Следует констатировать, что номенклатура отечественных плитных утеплителей расширяется медленно и все еще скудна. Рынок России испытывает недостаток в плитных утеплителях повышенной жесткости для утепления фасадов зданий. Имеющиеся в промышленном выпуске изделия не обладают необходимыми свойствами по влагостойкости, сопротивлению на расслаивание. Практически отсутствуют жесткие негорючие плиты малой толщины для изоляции кровель, полов.

При кажущемся обилии волокнистой теплоизоляции объем выпуска конкурентоспособной продукции, наиболее полно отвечающей требованиям современного строительства, недостаточен. В основном такая продукция выпускается предприятиями, оснащенными импортным оборудованием.

Выправляя это несоответствие в структуре производства утеплителей, целый ряд отечественных предприятий, таких, как АО "Термостепс", АКСИ, АО "Мосасботермостекло" и др., в последние годы значительно улучшили качество и номенклатуру своей продукции. Наиболее общим для всех заводов страны путем вывода производства волокнистых утеплителей на новый качественный уровень является перевод процесса получения волокна с доменных шлаков на минеральное сырье.

Анализ применяемых в отечественной и зарубежной практике сырьевых материалов показал, что наиболее качественную, долговечного минеральную вату, соответствующую мировому уровню, можно получать из шихт на основе горных пород габбро-базальтового типа. Небольшая добавка карбонатных пород (известняков или доломитов) доводит их модуль кислотности до 1,7-2,5. Использование этого сырья дает возможность получать минеральное волокно и изделия на его основе, обладающие повышенными эксплуатационными свойствами (химически и водостойкие, температуростойкие), с высокими физико-механическими и теплотехническими показателями.

К числу наиболее перспективных сырьевых материалов следует отнести базальт месторождения "Мяндуха" (Архангельская обл.), кондопожские габбро-диабазы и порфириты (Карелия), горные породы Урала, габбро-диабаз Круторожинского месторождения (Оренбургская обл.), васильевские (Кемеровская обл.), назаровские (Красноярский край), свиягинские (Приморский край) базальты, габбро-диабаз татаканский, базальтовый туф морозовский (Приморский край), ортоамфиболит тарынахский (район БАМ), меланократовый габбро-норит (Приморский край). Большая часть этих пород пригодна для применения в качестве однокомпонентной шихты.

Путем специальной термообработки можно получать кристаллизующееся минеральное волокно с рабочей температурой применения до 1000°С.

Переход на производство минеральной ваты из горных пород габбро-базальтовой группы, как это делают все ведущие фирмы мира, а не из доменных шлаков, позволит существенно увеличить срок эксплуатации утеплителей из минеральной ваты, повысить их температуро- и водостойкость. С этой целью "Теплопроект" разработал "Кадастр сырья для производства минераловатных изделий на основе горных пород". С помощью этого документа на основе отечественного сырья отрабатываются такие составы шихт, которые по своим характеристикам соответствуют шихтовым составам ведущих европейских фирм "Партек" (Финляндия), "Роквул" (Дания), "Сен-Гобен" (Франция). Такие шихты сегодня используют на Тверском комбинате "Изоплит", Пермском заводе теплоизоляционных изделий, Самарском ЗТИ. Волгоградский ЗТИ с середины 1999 г. приступил к массовому производству тонкого волокна и изделий на основе базальта при использовании ваграночного процесса.

Ведущие мировые фирмы-производители минераловатной продукции в качестве основного сырья используют базальтовые породы. Это позволяет получать высококачественную минеральную вату. В настоящее время на всех предприятиях отрасли доля базальтовых пород в используемой шихте увеличена до 25-30%. Это означает, что модуль кислотности ваты составляет в этих случаях не менее 1,5. Важным элементом в технологических линиях производства волокнистых материалов и изделий, оказывающих воздействие на конечные свойства утеплителей, являются плавильные агрегаты. Из 122 технологических линий по производству минераловатных изделий 103 оснащены коксовыми вагранками, 17 линий - ванными печами, 2 линии - электропечами. В производстве стекловолокна и изделий используют ванные печи на газе или жидком топливе, а в производстве тонкого базальтового и супертонкого волокна - электропечи с графитовыми или молибденовыми электродами, или индукционные печи. Производительность коксовых вагранок - 2-2,5 т/час по расплаву, ванных печей минераловатного производства – 1,6-2,5 т/час, электропечей - до 5 т/час, ванных печей производства стекловолокна - 0,8-1,5 т/час, печей базальтового производства - от 200 кг в сутки до 200 кг/ час. 60% всех теплоизоляционных материалов из минеральных волокон выпускают при получении расплава в коксовых вагранках, которые являются сегодня основным плавильным агрегатом. На большинстве предприятий эксплуатируется устаревшее плавильное оборудование. Практически все отечественные коксовые вагранки работают без горячего и кислородного дутья, что не дает возможности получить расплав требуемой (1400 - 1450 °С) температуры, а следовательно, и нужной вязкости. АО "Термостепс" совместно о НТТП "Газовые печи" (г. Пенза) разработали и внедрили на Волгоградском заводе теплоизоляционных изделий (филиале АО "Термостепс") принципиально новый, не имеющий мирового аналога, плавильный агрегат - коксо-газовую вагранку для плавления всех видов сырья, в том числе базальтовых и других тугоплавких пород. Практически по всем технико-экономическим показателям она значительно превосходит вагранки, работающие на коксе.

Эксплуатация газовой вагранки показала эффективность нового плавильного агрегата, позволяющего:

- снизить удельный расход тепла на 1 т расплава на 15-20 %;

- получить температуру расплава 1500°С и следовательно, необходимую для его переработки вязкость расплава;

- отказаться от установки к газовой вагранке системы подогрева воздуха, или системы кислородного дутья, что значительно удешевляет строительство, повышает надежность и облегчает эксплуатацию;

- использовать в качестве сырья вместо шлаков не только базальтовые, но и другие тугоплавкие породы, тем самым получить теплоизоляционные материалы с новыми свойствами;

- снизить вредные выбросы в атмосферу в 8-10 раз по сравнению с коксовыми вагранками и отказаться от установки к газовой вагранке системы дожига оксида углерода:

- сократить время вывода вагранки на рабочий режим с 3-4 часов до 45 - 60 мин;

- полностью автоматизировать процесс плавления.

Иностранные фирмы - производители оборудования для теплоизоляционной промышленности проявили большой интерес к созданной в АО "Термостепс" газовой вагранке. С одной из этих фирм ("Гамма-Мекканика", Италия) подписано соглашение о сотрудничестве по изготовлению и реализации этих плавильных агрегатов в России. Решение вопросов улучшения качества и расширения номенклатуры волокнистых утеплителей тесно связано с совершенствованием узла волокнообразования. Наиболее распространенным в России способом переработки минеральных расплавов в волокно является центробежно-дутьевой способ. При реализации этого способа раздува пленка расплава, образующаяся на вращающемся диске, раздувается паром, выходящим из кольцевого коллектора через несколько сотен отверстий. Однако этот способ не позволяет получить волокно нужного качества. Диаметр волокна составляет от 8 до 12 мкм. Расход пара на центробежно-дутьевых центрифугах достигает 1,5-2 тонны в час на одну центрифугу.

Мировая практика производства минераловатных изделий показывает, что ведущие фирмы мира производят вату на многовалковых центрифугах. Диаметр волокна при этом снижается до 4-6 мкм. Свойства утеплителя значительно улучшаются. С 25 -30 % до 10-15 % снижаются потери расплава с неволокнистыми включениями, исключается применение пара.

В среднем по Российской Федерации многовалковые центрифуги составляют 26% общего количества волокнообразующих устройств. Это объясняется тем, что на большинстве заводов страны из-за стесненных условий существующих цехов весьма проблематично вписать новые узлы волокнообразования в существующие линии.

Решая эту проблему, Теплопроект разработал принципиально новую малогабаритную камеру отдува волокна. Это позволило на ряде заводов АО "Термостепс" в короткое время реконструировать более 80% узлов волокнообразования. Работа по замене старых центрифуг новыми продолжается. Отечественные многовалковые центрифуги успешно работают на комбинате "Изоплит", Екатеринбургском ЗТИ. В 1997-2000 годах введены в эксплуатацию многовалковые центрифуги СМТ-183А производства АО "Строммашина" на Пермском, Самарском, Волгоградском, Кемеровском, Ярославском и Омском заводах.

Работы ученых и практиков последних лет позволяют утверждать, что значительная часть технологических переделов минераловатного производства имеет опробованные в отечественной промышленности решения современного уровня. В то же время в этой технологической цепочке остается открытым очень важный вопрос, связанный с разработкой, изготовлением и внедрением в промышленность современной камеры тепловой обработки (полимеризации), способной по "сухому" способу обеспечить на одной быстро переналаживаемой линии обеспечить поточное производство плитного утеплителя различной заданной плотности (до 250 кг/м2) и различной толщины (от 40 до 250 мм). Именно такие камеры тепловой обработки обеспечили передовым фирмам мира прогресс и опережение в производстве минераловатных утеплителей.

В последние годы Теплопроект провел большую работу по созданию такого отечественного оборудования. Отработка технических решений новой камеры тепловой обработки финансировалась Госстроем России, АО "Термостепс" и Теплопроектом. Рабочая документация на такую камеру разработана для Хабаровского завода "Стекловолокно". Если стоимость импортной камеры какого типа в зависимости от комплектации составляет от 1,6 до 2,0 млн долларов США и определяется не столько стоимостью изготовления, сколько стоимостью "ноу-хау", то стоимость камеры Теплопроекта составит 4-5 млн. руб.

Сохранить при перевозке и хранении эксплуатационные характеристики существующих утеплителей можно, используя такой известный прием, как упаковка изделий в различные пленки. Так, на ряде заводов АО "Термостепс" внедрены несколько моделей отечественных установок по механизированной упаковке плитных и рулонируемых материалов в полиэтиленовую (термоусадочную) пленку. Предлагаемые отечественные установки в 10-15 раз дешевле аналогичных зарубежных и обеспечивают хорошее качество упаковки. Изделия в такой упаковке не только хорошо хранятся но и транспортируются.

Важным элементом как новых, так и известных волокнистых утеплителей является качественное, экологически безопасное связующее. Практически все известные виды связующих, применяемых в отечественной теплоизоляционной промышленности были разработаны 15-20 лет назад. В те годы основная часть минераловатных изделий использовалась на промышленных объектах, где срок их службы определялся временем капитального ремонта оборудования и не был велик. Сегодня, когда основная часть утеплителей применяется в строительстве, к связующим предъявляются такие повышенные требования, как неизменность структуры, стабильность геометрических размеров и теплофизических свойств на весь срок эксплуатации.

В последние годы появился целый ряд предложений по модификации известных связующих и новые предложения. Так, на комбинате "Изоплит" (Калининская область) проводятся работы по модификации связующего, приданию изделиям водоотталкивающих свойств.

Теплопроектом проведены работы по использованию в качестве связующих силанов. Разработана технология приготовления многокомпозиционного состава на силанах. По показателю водопоглощения полученные образцы находятся в пределах, регламентированных мировыми стандартами.

На Лианозовском электромеханическом заводе в цехе базальтового волокна испытано новое экологически чистое связующее на основе солей алюминия с аммиачной водой. Преимуществами нового связующего является отсутствие в его составе вредных веществ, возможность использования при температуре до 1000°С. На этом заводе выпускаются плиты на новом вододисперсном нетоксичном связующем "Ирикс-45" по ТУ 2386-008-00249567-99, разработанном ГУП НИПИ "Научстандартдом", и опробованном совместно с Теплопроектом. Связующее представляет собой суспензию антисентирующих и огнезащитных добавок в пленкообразующей дисперсии. Основным достоинством связующего "Ирикс - 45" является неограниченная растворимость его водой, длительный гарантированный срок хранения (6 месяцев при температуре от +5 до 40 °С), низкая температура отвердения пленки (не более 130 °С).

Однако высокая скорость пленкообразования и твердения не позволяет пока применить это связующее наиболее распространенным способом - впрыскиванием в камеру волокноосаждения. Поэтому связующее опробовано только в линии, где смачивание ковра производят методом пролива и в гидромассе. Ряд заводов России в качестве связующего применяет бентонитовую глину. Технология приготовления связующею заключается в помоле бентонитовой глины, приготовлении шликера с добавлением кальцинированной соды, суточном пропаривании смеси до 90 ^оС до образования гелеобразного коллоидного связующею.

Отформованные на конвейере плиты вакуумируются, а затем подвергаются сушке при 300 ^оС и тепловой обработке при 550-600 °С. Образуется водонерастворимый керамический черепок связывающего волокна. Полученные плиты выгодно отличаются от аналогов на синтетическом связующем негорючестью и экологической чистотой. Связующее обеспечивает стабильность эксплуатационных свойств до 700°С и отсутствие вредных газовыделений практически до температур плавления (1200°С).

В случае применения таких плит при обычных температурах, например в жилищном строительстве, в гидромассу при формовании вводят кремне органические гидрофобизаторы, которые придают плитам водоотталкивающие свойства.

В стране все больше производятся и используются в строительстве такие недавно экзотические материалы, как тонкое и супертонкое волокно. Эти материалы находят все большее применение в огнезащите строительных конструкций, в изоляции инженерного и промышленною оборудования. Однако широкому внедрению этих качественных материалов в строительство и промышленность препятствуют дороговизна оборудования (платиновые фильеры), высокая энергоемкость и малая производительность традиционного двухстадийного процесса (50-200 кг в сутки). В Теплопроекте разработаны технология и оборудование для получения штапельного супертонкого волокна непосредственно из минеральных расплавов в одностадийном процессе (эжекционно-акустическим способом). Новая технология получения супертонкого волокна обеспечивает в 10-15 раз более высокую производительность, чем дуплекс-процесс. Она дает возможность отказаться от применения драгоценного металла и существенно сократить энергозатраты. При этом используется энергия акустических колебаний в дутьевой эжекционно-акустической головке конструкции Теплопроекта. Такая дутьевая головка не нуждается в специальном охлаждении, поскольку при ее работе возникает экзотермический эффект. Давление энергоносителя снижено с 0,7-1 до 0,3-0,45 МПа, а его расход на 1 т волокна - с 8 до 2 - 4 т (в сравнении с дутьевой головкой ВНИИСПВ, применяемой в производстве муллитокремнеземистого волокна).

Дутьевая эжекционно-акустическая головка комплектуется несколькими легко заменяемыми резонаторами, каждый из которых позволяет получать колебания, определенной частоты н амплитуды, наиболее соответствующие вязкости перерабатываемых расплавов. Различные модификации дутьевой эжекционно-акустической головки дают возможность вносить обусловленные технологией изменения в процесс волокнообразования. Например, в ходе процесса можно осуществлять подачу в факел раздува дополнительного топлива, горячих топочных газов, замасливающих составов, связующею и т.п. Варьируя параметры акустического поля, можно получать волокна с заданными свойствами, а процесс волокнообразования существенно интенсифицировать.

Эффективность дутьевых головок Теплопроекта заключается в снижении материало- и энергозатрат на волокнообразование. Производительность эжекционно-акустических головок на разных расплавах варьирует от 50 до 350 кг/ час (у головки с вихревым резонатором). Выход волокна из расплава составляет не менее 92%, содержание неволокнистых включения (корольков) в вате - не более 8-10%, а в отдельных случаях - до 5%.

На Лианозовском электромеханическом заводе в цехе базальтового волокна производят жесткие плиты из гидромассы, которую готовят из супертонких базальтовых волокон и экологически чистого связующего - солей алюминия с аммиачной водой. Плиты рекомендуются к применению во всех видах строительства, включая жилищное, в качестве закладного утеплителя в каркасных конструкциях стен, перегородок, перекрытий, а также при организации огнезащиты стальных дверей и др. конструкций.

Для производителей базальтового волокна представляет интерес новая совместная разработка АО "Судогодское стекловолокно" и Теплопроекта - ванная плавильная печь с погружными молибденовыми электродами. Имея небольшие габариты (3,2 х 1,5 х 1,6м) и установленную мощность трансформаторов 250 КвА, печь обеспечивает производительность до 200 кг/ час расплава. Это позволяет выпускать до 25 тыс. м³ в год рулонных матов плотностью 25-50 кг/м². Наряду с малыми габаритами и расходами электроэнергии на плавление печи данной конструкции не требуются дорогостоящие системы очистки и рекуперации отходящих газов, можно легко регулировать температуру расплава, выдавать калиброванную струю на переработку в волокно.

К волокнистым теплоизоляционным материалам, получившим развитие в России в последние годы, следует отнести стекловолокно. В стране имеется 7 заводов по производству стекловолокнистых утеплителей. Самым крупным и современным является ОАО "Флайдерер-Чудово", выпускающее продукцию мирового качества на оборудовании германского концерна "Флайдерер".

В 2000 г. Теплопроект детально исследовал эксплуатационные характеристики продукции этого завода и выпустил альбом рекомендаций по использованию утеплителей АО "Флайдерер-Чудово" в различных строительных конструкциях.

Продукция других относительно небольших производств ограничивается товарным стекловолокном, прошивными матами, или матами на синтетическом связующем. Развитие в стране производства этого прогрессивного материала сдерживается отсутствием надежного отечественного оборудования, и стабильной научной школы по стекловолокну. В этом году Теплопроект приступил к проектированию линии стекловолокна, используя, как собственные представления о процессе, так и зарубежные наработки. Новым шагом на пути совершенствования волокнистых рулонных материалов является термозвукоизол, к производству которого приступило АО "Судогодское стекловолокно". Строительная фирма "Корнев и К°" предложила упаковывать холстопрошивное полотно в надежную защитную оболочку, в качестве которой используется "Лутрасил" - материал, состоящий из прочного, легкого монофиламентного полипропиленового синтетического волокна. "Лутрасил" не пропускает пыль, не отсыревает. Оболочка из "Лутрасила" сохраняет свои свойства до 130 - 150 ^оС.

Дата добавления: 2014-11-18