Приближенные расчеты [26] показывают, что продолжительность этой стадии в случае спекания брикетов размером 5*5*2,8 см составляет около 15 мин, а по данным авторов [5, 11], анализирующих работу промышленных установок с многоярусной садкой форм, продолжительность подогрева порошкообразной пенообразующей смеси до 700 °С составляет 2—3 ч.

Так как равномерное вспенивание наступает после полного спекания стекла, рекомендуется поддерживать температуру спекания ниже температуры вспенивания до тех пор, пока вся масса не только полностью спечется, но и равномерно прогреется [1, 3]. В это время в печи (при использовании углерод- содержащих газообразователей) необходимо поддерживать восстановительную среду, чтобы избежать преждевременного выгорания газообразователя и чрезмерного остекловывания поверхности спека [1, 11]. Для этого можно использовать СО-содержащие дымовые газы [27] или вспенивание проводить в плотно закрытых формах.

Наиболее чувствительным параметром при вспенивании является температура. Расчеты, выполненные Л. С. Эйгенсоном и Т. И. Белобородовой [28, 29], также подтверждают необходимость поддержания стабильного температурного режима в печи в момент вспенивания. Для того чтобы вспенивание происходило равномерно по всей высоте блока (это необходимо для создания равномерной структуры), Ф. Шилл [30] рекомендует форму нагревать больше снизу, чем сверху, что вызвано разницей в гидростатическом давлении столба силикатного расплава по высоте формы [1]. Следовательно, тепловые агрегаты, используемые для термообработки пенообразующей смеси независимо от состава стекла, должны обеспечивать требуемую изотермию рабочего объема на всех технологических стадиях и гибкую управляемость температурным и гидравлическим режимами.

Длительный опыт эксплуатации в СССР различных по конструкции и принципу работы технологических линий показал, что технико-экономические показатели их работы также различить. На данном этапе развития производства пеностекла пока наиболее рентабельными и обеспечивающими выпуск продукции высокого качества являются установки, оснащенные печами с одноярусной садкой форм, где процессы вспенивания и отжига изделий (блоков) протекают в самостоятельных тепловых агрегатах. Преимущество печи с одноярусной садкой форм состоит еще и в том, что конструкция ее позволяет более точно регулировать температуру в рабочем канале, в связи с чем могут быть снижены требования к свойствам стекла, главным образом по вязкости. Расширение температурного интервала «рабочей» вязкости стекла перспективно для развития производства пеностекла в целом, так как это дает возможность использовать для синтеза стекол дешевое и недефицитное сырье, являющееся отходом ряда производств.

На основе анализа состояния производства и проведенных нами натурных исследований различных схем получения пеностекла установлено, что факторы, от которых зависят конечные свойства пеностекла, обобщенно можно представить четырьмя основными группами:

1. определяемые составом и свойствами исходных компонентов;
2. относящиеся к условиям синтеза пенообразующих смесей;
3. определяемые явлениями теплообмена в среде переменного состава и течения силикатного расплава (спеков пенообразующей смеси);
4. зависящие от условий стабилизации ячеистой структуры й отжига пеностекла.

Каждая группа этих факторов характеризуется рядом особенностей, которые тесно связаны с конечными свойствами пеностекла. Наиболее изучены факторы 1-й и 4-й групп, которые затрагиваются в большинстве работ по технологии пеностекла [31—35]. Работы, посвященные синтезу пенообразующих смесей, явлениям теплообмена и течения силикатного расплава, в литературе практически отсутствуют. Не сформулированы также теоретические предпосылки, необходимые для обоснования принципов формования пеностекла, в результате чего этот важный этап в технологии пеностекла до настоящего времени практически не решен.

Исследования, посвященные разработке и выбору способов синтеза дисперсных силикатных систем, пригодных для получения различных видов пеностекла, противоречивы. Это подтверждается различием технологических схем, принятых на предприятиях для диспергирования стекол, и показателями свойств пенообразующих смесей, используемых в производстве (см. табл. 2). Между тем диспергирование стекол и газообразователя в сочетании с их одновременным усреднением является важным этапом порошковой технологии производства пеностекла, который специально не изучался. Имеющиеся в литературе сведения по кинетике диспергирования различных материалов [1, 36—44] указывают на возможность ускорения данного процесса, но приведенные рекомендации относятся в основном к диспергированию кристаллических материалов [41—44], структура и свойства которых существенно отличаются от силикатных стекол.

Следует также отметить, что применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) при использовании «эффекта Ребиндера» может повлиять на свойства пеностекла, но имеющиеся по этому вопросу данные также противоречивы.

Так, присутствие в пенообразующей смеси воды, являющейся одним из наиболее активных поверхностно-активных веществ, по мнению Ф. Шилла [1], способствует более равномерному распределению газообразователя, что не согласуется с данными М. Маринова об ухудшении свойств пеностекла при использовании увлажненной пенообразующей смеси.

Предварительные результаты, полученные нами при диспергировании стекол в жидких средах (W=35%), указывают на возможность не только ускорения этого процесса, но и снижения вязкости спеков в области температур вспенивания пеностекла [3]. Поэтому исследование влияния условий синтеза пенообразующих смесей и взаимосвязи их с процессом вспенивания позволит получить данные для выбора оптимальных технологических схем подготовки гранулята стекла и пенообразующих смесей при производстве пеностекла.

Необходимо также уточнить степень влияния кристаллической фазы на формирование и развитие структуры пеностекла и его свойства. Согласно И. И. Китайгородскому и Т. Л. Ширкевич [45], образование мелкокристаллической структуры в расплаве во время вспенивания не препятствует получению пеностекла с равномерными мелкими и замкнутыми ячейками. Не обнаружены отклонения в развитии структуры пеностекла Р. Л. Шустер и Т. П. Поляковой [46], хотя полученное ими пеностекло не отличалось высоким качеством. В ряде работ [36, 47], посвященных изучению кинетики формирования и развития структуры пеностекла, вопросы о роли кристаллизации стекла вообще не рассматриваются. В то же время в работах З. Червинского [48, 49], Ф. Шилла [14], Н. П. Садченко [50] кристаллизация стекла рассматривается как отрицательное явление, влияющее не только на изменение свойств конечного продукта — пеностекла, но и тормозящее плавное и равномерное вспенивание. Э. З. Житомирская [51] также одной из основных причин высокого водопоглощения пеностекла считает кристаллизацию исходного стекла. Поэтому Ф. Шилл [1] предлагает вводить в пенообразующую смесь добавки, тормозящие рост кристаллов или «подавляющие» кристаллизацию. на поверхности частиц стекла.

Согласно литературным данным, кристаллическая фаза оказывает двоякое влияние на процесс формирования пеностекла: на стадии вспенивания тормозит равномерное развитие ячеек [52—54], на стадии стабилизации повышает структурно-механическую прочность пиропластической пены [55— 58]. Однако в первом и во втором случаях в рассмотренных работах отсутствуют данные о согласованности физико-химических параметров стекла и возникшей кристаллической фазы. В связи с этим вопросы кинетики вспенивания смесей на основе стекол, по-разному предрасположенных к кристаллизации, а также формирование физических свойств пеностекла в зависимости от условий его синтеза являются недостаточно изученными и требуют некоторого уточнения.