Обезвоживание асбестоцементных первичных слоев вакуумированием

При производстве асбестоцементных изделии полусухим методом (формование полуфабриката из асбестоцементной массы) вакуумирование является основной операцией по формованию полуфабриката изделий. В производстве изделий мокрым методом (формование полуфабриката из асбестоцементной суспензии) вакуумирование — это вспомогательная операция, назначение которой снизить водосодержание в уже сформованных первичных слоях асбестоцемента для подготовки их к уплотнению прокаткой.

Рассмотрим процесс отсасывания воды из слоя.

Известно, что если в наполненный водой стакан опустить стеклянные капиллярные трубки с различными диаметрами, внутренняя поверхность которых была предварительно смочена водой, то во всех этих капиллярах вода поднимается над уровнем ее в стакане на различную высоту, и высота подъема будет обратно пропорциональна диаметрам их капилляров. Причиной подъема воды в капиллярах является сила поверхностного натяжения жидкости на границе ее с воздухом, величину которой, выраженную в динах на сантиметр, обозначают греческой буквой а.

Суммарную силу р, вызвавшую подъем столбика воды, можно определить, помножив длину окружности сечения капилляра 2пr, выраженную в см, на величину поверхностного натяжения данной жидкости σ, в нашем случае воды, т. е. р — 2пr  см σ дин/см = 2пrσ дин. Величина этой силы, которая носит название «капиллярное давление», равна весу поднятого столба жидкости, который можно подсчитать по следующей формуле: g — пr2 см² h см βг/см² =  пr2hβ г, где h — высота подъема воды в капилляре, а β — удельный вес жидкости, в нашем случае воды.

Приравнивая эти величины, получаем: 2пrσ дин = пr2hβ г,

1 дин = 0,001 г; о для воды при 20° С равна 72, 75 дин/см = — 0,07275 г/см; β для воды равен 1 г/см³. Тогда

Эта формула выражает зависимость величины капиллярного давления, выраженного высотой столба воды, от радиуса капилляра, и она характеризует давление, которое требуется создать для вытеснения воды из капилляра данного радиуса. Следовательно, вакуум отсасывает воду из пор не по всему объему слоя, а лишь из тех пор, в которых капиллярное давление воды меньше величины вакуума в вакуум-коробке. Скорость же течения отсасываемой воды в порах слоя, по Пуазейлю, прямо пропорциональна квадрату приведенного радиуса сечения пор. Под приведенным радиусом пор понимается радиус капилляра, оказывающего такое же сопротивление протеканию в нем жидкости, что и рассматриваемая пора, В результате в наиболее крупных порах образуются сквозные заполненные воздухом проходы.

В процессе вакуумирования протекающая в порах вода увлекает за собой не связанные с волокнами асбеста зерна цемента, в результате чего верхние слои обедняются цементом.

При вакуумировании первичных слоев вакуумной коробкой формовочных машин вакуумируется уже уплотненный отжимным валом слой при давлении от 2 до 5 кг на погонный сантиметр ширины слоя, что значительно превышает давление воздуха при вакуумировании на круглосеточной машине. Поэтому в процессе вакуумирования слой сжимается незначительно, а из его пор только отсасывается вода. Как уже отмечалось, воздух вытесняет воду лишь из тех пор слоя, в которых удерживающие воду капиллярные силы меньше величины разрежения в вакуумной коробке. В результате количество отсасываемой из слоя воды увеличивается с возрастанием как разрежения воздуха в вакуум-коробке, так и продолжительности вакуумирования, поскольку в узких порах вода движется с малой скоростью, она увеличивается с повышением температуры слоя, так как при этом снижается вязкость и поверхностное натяжение воды.

Опыт эксплуатации круглосеточных листоформовочных машин с тремя сетчатыми цилиндрами при суммарной толщине трех первичных слоев 0,8—1 мм показывает, что при температуре слоя 25— 28° С, его влажности при подходе к вакуум-коробке около 50—55%, и разрежении в вакуум-коробке примерно 200 мм рт. ст. влажность слоя в результате вакуумирования снижается примерно на 15-20%.

По данным И. И. Бернея, отсасываемая вода уносит при разрежении в вакуум-коробке 400 мм рт. ст. до 2—3% находящегося в первичных слоях цемента, что увеличивает неоднородность их состава и пористость. Вакуумирование первичного слоя насыщает его воздухом, который частично сохраняется при последующем навивании слоя под давлением на форматный барабан листоформовочной машины. В результате упругие свойства листа повышаются, что снижает эффект уплотнения его прокатыванием. Все это ухудшает структуру и физические свойства асбестоцементных листовых изделий и труб.

Положительная сторона вакуумирования заключается в том, что листы и трубы меньше прилипают к поверхности форматных барабанов или скалки. Объясняется это тем, что при вакуумировании становятся, беднее цементом верхние слои находящегося на сукне слоя, пористость на поверхности слоя увеличивается и уменьшается площадь его контакта с форматным барабаном.