Это связано с повышением ее реакционной способности, позволяющей снизить температуру протекания процесса.

В смесях на основе стекол, не содержащих сульфатную серу, газовая фаза образуется в результате взаимодействия углерода с водой, сорбированной на поверхности частиц стекла, содержащейся в стекле или в атмосфере печи вспенивания, что подтверждается снижением коэффициента вспенивания их в атмосфере азота.

Данные, полученные при вспенивании смесей в окислительной среде, свидетельствуют о том, что продукты окисления сажи кислородом, содержащимся в атмосфере печи, не участвуют в ценообразовании, а температура вспенивания зависит от объема газовой фазы, образующейся после завершения процесса спекания пенообразующей смеси.

В смесях на основе сульфатсодержащих стекол (SОз = 0,26%) газовая фаза образуется в результате взаимодействия углерода с сульфатной серой, сорбционной и химически связанной водой и состоит из СО, С02, Н20, Н2S, SО3 и следовых количеств элементарной серы.

В порошкообразных пенообразующих смесях (γ = 0,9 г/см3) при снижении дисперсности стекла до 4500 см2/г уменьшается скорость и интенсивность вспенивания и повышается температура. Такие смеси чувствительны к изменению в них концентрации углерода (0,2—0,4%). Увеличение продолжительности процесса, повышение температуры или концентрации водяных паров в газовой атмосфере печи незначительно изменяют скорость процесса. В то же время химически связанная вода или уплотнение смеси (вибрация и особенно прессование) повышают активность реакций газообразования и снижают чувствительность к колебаниям углерода и присутствию водяных паров.

В присутствии кислорода в газовой атмосфере печи расход углерода и сульфатной серы в процессе вспенивания увеличивается в результате частичного окисления сажи и сульфатной серы, что приводит к снижению интенсивности вспенивания и формированию неоднородной структуры, особенно в поверхностном слое.

Повышение плотности образцов пенообразующей смеси прессованием (γ =1,4-1,7 г/см3) снижает их чувствительность к кислороду, хотя и полностью не исключает его влияние.

Окислы мышьяка и сурьмы в стекле интенсифицируют окисление углерода в спеках смеси и способствуют получению мелкопористой структуры пеностекла с минимальной объемной массой (120—140 кг/м3).

Для получения пеностекла с высокой замкнутой пористостью и мелкими ячейками (dср=1,5 мм) необходим определенный окислительный потенциал процесса вспенивания, который может достигаться за счет окислительных компонентов стекла (Σ (SОз+Sb2O3+Аs2Оз) <= 0,45%). Наиболее благоприятные условия для развития ячеистой структуры пеностекла за счет окислительных компонентов стекла наблюдаются лишь при определенном содержании углерода в пенообразующей смеси, которое изменяется в достаточно узком интервале (0,2—0,3%) и находится в обратной зависимости от дисперсности стекла. Критическое для вспенивания соотношение поверхностей частиц стекла и сажи составляет 1,7, а оптимальное соотношение — 6—7.

3. Взаимосвязь между составом, свойствами пенообразующей смеси и параметрами получения пеностекла на основе сульфатсодержащих стекол

Исследование процессов газо- и пенообразования в сульфатсодержащих смесях, проведенное в нейтральной среде, свидетельствует о различном влиянии технологических параметров на интенсивность вспенивания пеностекла, а также на ход окислительно-восстановительных реакций между стеклом и углеродом. Поэтому целесообразно количественно оценить степень влияния выбранных параметров на исследуемый процесс. Это позволит определить, каким образом внешние факторы процесса влияют на ход реакций окисления углерода за счет компонентов стекла. В связи с этим ставится задача найти интерполяционные формулы [181, 289] для определения коэффициента вспенивания и потерь массы пенообразующей смеси, обусловливающих тот или иной ход окислительно-восстановительных реакций, и путем сравнения знака и величины коэффициентов, полученных для принятых переменных, оценить их влияние на вспенивание, а также на характер взаимодействия углерода с расплавом стекла.

На основания выполненных ранее исследований [290—292] в качестве переменных выбраны содержание углерода в пенообразующей смеси — x, дисперсность стекла — х2; температура процесса — х3 и его продолжительность — х4.

Влияние углерода в пределах 0,1—0,5% на процесс вспенивания выражается нелинейной зависимостью. Поэтому с целью приближения ее к линейной функции необходимо уменьшить пределы варьирования данного фактора. Однако по технологическим соображениям целесообразно изучить влияние углерода в более широком интервале его концентрации. Поэтому факторный эксперимент был проведен по двум планам типа 24-1 (1 и 2, см. табл. 19), которые отличались лишь пределами варьирования по углероду: х1 - 0,1 +0,3% и x1' - 0,3 + 0,5%.

Выбор данных планов обусловлен тем, что, исходя из технологических соображений, целесообразно оценить все линейные эффекты и три парных взаимодействия: x1x2, x2x3 и x2x4, определяющих влияние изменения дисперсности стекла совместно с концентрацией углерода, температурой и продолжительностью процесса. Приведенные в табл. 19 значения основных уровней интервалов варьирования, а также верхних и нижних уровней экспериментов выбраны на основании результатов, полученных при исследовании окислительно-восстановительных процессов в пенообразующих смесях в атмосфере азота.

Матрица планирования и результаты эксперимента, проведенного на установке (см. рис. 4.6) в нейтральной среде, приведены в табл. 20. Средние значения выходов эксперимента — коэффициента вспенивания и потерь массы — получены по данным трех параллельных определений.

Приведенные в табл. 19 значения основных уровней интервалов варьирования, а также верхних и нижних уровней экспериментов выбраны на основании результатов, полученных при исследовании окислительно-восстановительных процессов в пенообразующих смесях в атмосфере азота

СТРАНИЦЫ: