Процессы формования асбестоцементных листов и труб из асбестоцементной суспензии (мокрый способ формования)

Формование асбестоцементных изделий мокрым способом на круглосеточных формовочных машинах (или полусухим на фильтрующей ленте) заключается в отфильтровывании воды из асбестоцементной суспензии (или массы) с последующим уплотнением и приданием массе формы листа или трубы. При мокром способе асбестоцементные изделия формуются из тонких первичных слоев, отфильтровываемых из асбестоцементной суспензии с помощью сетчатых цилиндров; фильтрация идет под влиянием гидростатического давления.
Первичные асбестоцементные слои обезвоживают с помощью специальных вакуумных установок (вакуум-коробок), а затем прокатывают между вращающимися металлическими цилиндрами. Удаление воды из первичных слоев асбестоцемента как при его вакуумировании, так и при прокатке происходит путем ее фильтрации через рабочее сукно под влиянием создаваемого в вакуум-коробке разрежения воздуха в первом случае и под влиянием давления валов — во втором.
Под термином фильтрация в технологии понимается выделение из суспензии твердых ее частиц путем протекания суспензии под давлением через пористую перегородку, способную пропускать жидкость, но задерживать на поверхности твердые частицы.
Процесс фильтрации жидкости через пористую перегородку выражается уравнением Дарси: Uф = V/t = Кф H/S , где Uф — скорость
фильтрации; t — продолжительность процесса; V — объем жидкости, прошедшей через единицу площади пористой перегородки; Н — разность давлений жидкости, при котором идет фильтрация; s — толщина пористой перегородки; Кф — коэффициент фильтрации.
Принимая t — 1 сек, Н = 1 г/см2 и s = 1 см получаем из уравнения Uф = Кф. Таким образом коэффициент фильтрации выражает объем жидкости в см3, протекающей в 1 сек через 1 см2 площади данной пористой перегородки толщиной 1 см под давлением (напором) 1 г/см2. Коэффициент фильтрации зависит, от размера и формы пор перегородки и вязкости протекающей жидкости.
Процесс фильтрации суспензий через пористую перегородку, в частности асбестоцементной, отличается от процесса фильтрации жидкостей следующим: 1) наиболее мелкие твердые частицы суспензии, проникая в поры перегородки, частично их закупоривают, что постепенно снижает коэффициент фильтрации; 2) на поверхности пористой перегородки в процессе фильтрации откладываются твердые частицы (осадок), создающие как бы дополнительный фильтр, толщина которого возрастает пропорционально объему отфильтрованной жидкости. Это снижает скорость фильтрации жидкости. В результате скорость фильтрации суспензии снижается с увеличением продолжительности процесса фильтрации и может быть выражена следующей формулой:

где   η — вязкость суспензии;
Rпер и Roc — сопротивление, которое оказывают движению жидкости пористая перегородка (Rпер) и образовавшийся осадок (Rос).
При фильтрации асбестоцементной суспензии через сетку сетчатого цилиндра, оказывающую слабое сопротивление жидкости, протекающей через ее ячейки, Rпер можно принять равным 0. При обезвоживании вакуум-фильтрацией и прокаткой пористой перегородкой является сукно, на котором располагается отфильтрованный сетчатыми цилиндрами осадок (первичный слой).
Отличие фильтрации асбестоцементной суспензии от фильтрации жидкости заключается также в том, что фильтруемая жидкость может находиться в спокойном состоянии, а асбестоцементную суспензию необходимо непрерывно и интенсивно перемешивать. Это необходимо не только для того, чтобы предупредить осаждение из нее твердой фазы (асбеста и цемента), но и потому что при спокойном или при недостаточно интенсивном перемешивании волокна асбеста сцепляются между собой и образуют пространственную пористую сетку (каркас). Такое явление принято называть «структурированием суспензии». Образовавшийся рыхлый каркас обладает достаточной прочностью и его не разрушает движущаяся сквозь него фильтруемая жидкость. В результате при фильтрации структурированной асбестоцементной суспензии вода фильтруется без осаждения на сетке твердой фазы.
Процесс структурирования обратим, и структурированные суспензии могут опять стать бесструктурными при повышении интенсивности их перемешивания, при котором динамическое воздействие струй жидкости разрушит образовавшийся каркас из твердых частиц суспензии. С повышением концентрации асбестоцементной суспензии, а также степени распушки волокон асбеста увеличивается вероятность их сталкивания, возрастает скорость образования структурированных систем и жесткость образовавшегося каркаса. В связи с этим такие суспензии требуют более интенсивного перемешивания.
Возвратимся к формуле (1). Если пренебречь сопротивлением фильтрации воды через сетку, то величина скорости фильтрации Uф при данном давлении будет обратно пропорциональна вязкости фильтрируемой жидкости (воды) и ее сопротивлению фильтрации образовавшегося в данный момент осадка Roc на выделенной нами полоске П сетки сетчатого цилиндра (см. рис. 35). Как показали исследования И. И. Бернея, величина Roc снижается с возрастанием процента осадившегося на волокнах асбеста цемента и соответственно со снижением процентного содержания в суспензии свободного, не связанного с волокнами, цемента. Эти же исследования показали, что с увеличением процента связанного цемента существенно улучшаются и механические свойства затвердевшего асбестоцемента.


Асбестоцемент