Процесс образования первичного слоя асбестоцемента (осадка) на сетке сетчатого цилиндра

Формование слоя асбестоцемента на поверхности сетчатого цилиндра — самый важный процесс в работе асбестоцементных формовочных машин, так как от равномерности, толщины и структуры первичного слоя зависят равномерность уплотнения и структура готовых асбестоцементных изделий. Количество же асбестоцемента, отформованного сетчатыми цилиндрами в единицу времени, определяет производительность формовочной машины.

Рис. 35. Схема ванны и сетчатого цилиндра формовочной машины

На рис. 35 дана схема ванны 1 и сетчатого цилиндра 2 листоформовочной машины, вращающегося на оси 0. В ванну по желобу 3 непрерывно поступает асбестоцементная суспензия, концентрацию которой обозначим Сж (индекс «ж» означает, что асбестоцементная суспензия находится в желобе). Проходя по желобу 3, суспензия теряет однородность. Волокна асбеста и зерна цемента, удельный вес которых значительно превышает удельный вес воды, опускаются, и в результате у дна желоба концентрация суспензии повышается, а верхние слои ее становятся беднее твердыми компонентами. Для того чтобы восстановить однородность суспензии, в ванне по всей ее длине устанавливают перегородку 4, не доходящую до дна. Эта перегородка направляет поток суспензии к лопастной мешалке, которая ее вновь перемешивает, и однородность суспензии восстанавливается.

Рассмотрим процесс образования слоя асбестоцементной массы на поверхности сетчатого цилиндра. Фильтрующей его поверхностью является бронзовая сетка с размером отверстий 0,22x0,24 мм. Выделим на сетке узкую полоску Я, параллельную оси сетчатого цилиндра, направление вращения которого показано на рисунке стрелкой.

Рассматриваемая нами полоска сетки подходит к промывной трубке 5, и вырывающиеся из отверстий этой трубки струйки воды смывают с нее приставшие частицы асбеста и цемента. Большая часть этой воды пронизывает сетку и попадает во внутреннюю полость сетчатого цилиндра. Небольшое же количество разбрызгивается и падает в ванну, где смешивается с асбестоцементной суспензией и несколько понижает ее концентрацию. Затем полоска сетки Я погружается в суспензию. В этот момент вода из суспензии свободно проходит через сетку, а волокна асбеста и связанные с ними зерна цемента осаждаются на ней. Сетка оказывает небольшое сопротивление прохождению воды. Поэтому, несмотря на незначительный напор, фильтрация в этот момент идет наиболее интенсивно. Так как в момент погружения сетки ее ячейки открыты, то все не связанные с волокнами асбеста зерна цемента свободно проходят через эти ячейки и уносятся отфильтрованной водой во внутреннюю полость сетчатого цилиндра, а из нее — через сливные окна боковых стенок ванны наружу. Увлекаются также наиболее короткие волокна асбеста, длина которых меньше размера ячейки металлической сетки, и более длинные волокна — те, что в момент подхода к сетке расположены перпендикулярно ее поверхности.

Осаждающиеся на сетке волокна асбеста и связанные с ними зерна цемента образуют вскоре тонкий слой, оказывающий уже значительно большее сопротивление фильтрации воды, чем лежащая под ним металлическая сетка, и обладающий большей способностью удерживать волокна асбеста и свободные зерна цемента.

В результате по мере утолщения слоя асбестоцемента на поверхности сетки фильтрация суспензии замедляется, несмотря на то что с углублением полоски Я в суспензию она идет уже под большим давлением. Это давление возрастает до тех пор, пока рассматриваемая нами полоска не достигнет уровня зеркала воды во внутренней поверхности сетчатого цилиндра, т. е. пока сетчатый цилиндр не повернется со времени ее погружения на угол а. С этого момента на всем пути, соответствующем углу поворота сетчатого цилиндра а2, фильтрация суспензии будет идти при постоянном давлении, определяемом высотой Я (разностью уровней суспензии в ванне и воды во внутренней полости сетчатого цилиндра) столба асбестоцементной суспензии. Строго говоря, и в этой зоне давление не будет постоянным вследствие некоторой разности в удельном весе суспензии, находящейся в ванне, и воды во внутренней полости сетчатого цилиндра. Однако эта разница настолько мала, что без большой погрешности ею можно пренебречь. При последующем движении полоски П, соответствующем повороту сетчатого цилиндра на угол а3, фильтрация будет идти при постепенно падающем до нуля давлении.

Рис. 36. Диаграмма давлений, под влиянием которых происходит фильтрация асбестоцементной суспензии

Следовательно, давление, под влиянием которого происходит фильтрация суспензии через полоску П сетки, меняется, и величина его представлена в виде диаграммы на рис. 36, на которой по оси абсцисс отложены значения углов поворота сетчатого цилиндра a1, a2 и a3, считая от момента погружения полоски в суспензию и до выхода ее из последней. На оси ординат отложены высоты столба асбестоцементной суспензии, под давлением которой и протекает фильтрация. Поскольку углы ai и а3 равны, то и диаграмма давлений симметрична.

Таким образом, чем выше уровень суспензии в ванне и чем ниже уровень воды во внутренней полости сетчатого цилиндра, тем под большим давлением фильтруется суспензия.

На рис. 37 показано сечение рассматриваемой нами полоски П сетки сетчатого цилиндра с образовавшимся на ней слоем осадка. Давление, под которым находится асбестоцементная суспензия при рассматриваемой степени погружения в нее полоски, обозначим через р, а давление с противоположной стороны сетки — р0. При вращении полоски П в пределах угла а2 — это будет давление отфильтрованной воды, находящейся во внутренней полости сетчатого цилиндра, на всем остальном ее пути р0 = 0. Процесс фильтрации суспензии протекает под влиянием разности давлений рр0, и эта разность давлений расходуется на преодоление сопротивлений, которые оказывают фильтруемой воде образовавшийся осадок и сетка. Разобьем осадок по толщине линиями 1—1,2—2 и 3—3 на четыре слоя a, Ь, с и d. Давление воды в слое на линии 1—1 обозначим p1, на линии 2—2—р2, на линии 3 — Зр3 и на поверхности сетки со стороны осадка рс.

Рис. 37. Диаграмма давлений суспензии на формующийся первичный слой асбестоцемента

Разность давлений воды р — р1, p1 — р2; р2 —р3; p3 — pс расходуется на преодоление сопротивлений, оказываемых воде слоями a, b, с и d осадка и сеткой. Но так как давление воды передается слою асбестоцемента, через который она проходит, то слой а давит на слой b с силой р — p1; слой b давит на слой с с силой р — р2, слой сдавит на слой d с силой р — р3, а слой d давит на сетку т с силой р — рс. Таким образом, по мере приближения к сетке давление на слой осадка увеличивается и соответственно возрастает плотность этих слоев и сопротивление, которое они оказывают воде. На рис. 37 (снизу) пунктирной линией дана диаграмма давления профильтровываемой воды, а сплошной линией — диаграмма давления в различных слоях осадка. Из этой диаграммы видно, что прилегающий к суспензии слой осадка испытывает очень небольшое давление, и поэтому его плотность и соответственно связь частиц в нем невелика; по мере же приближения к сетке как плотность осадка, так и связь между его частицами возрастает. Очевидно также, что средняя плотность осадка и сопротивление, которое он оказывает протекающей сквозь него воде, увеличиваются с повышением разности давлений р—р0, т. е. с увеличением разности уровней асбестоцементной суспензии в ванне и отфильтрованной воды в сетчатом цилиндре (h на рис. 35). Поэтому скорость фильтрации будет возрастать не пропорционально увеличению разности этих уровней (т. е. гидростатическому давлению), а значительно медленнее. Таким образом, повышение разности этих уровней не увеличивает пропорционально производительность формовочных машин.

Процесс образования на рассматриваемой нами полоске слоя асбестоцемента осложняется действием силы тяжести волокон асбеста и зерен цемента, а также воздействием на уже образовавшийся слой вихреобразных движений суспензии, вызываемых вращением мешалок 6 (см. рис. 35). Чтобы выяснить, как влияют на образование осадка в процессе фильтрации силы тяжести твердых компонентов суспензии, рассмотрим следующие два случая. В первом из них фильтрация идет через сетку, расположенную под суспензией. Так как направление силы тяжести твердых компонентов суспензии в этом случае совпадает с направлением фильтрации, такое расположение сетки способствует образованию на ней осадка. Во втором случае фильтрация идет через сетку, расположенную над суспензией; силы тяжести твердых компонентов противоположны направлению фильтрации и препятствуют образованию осадка на сетке.

Первый случай не характерен для работы сетчатого цилиндра формовочной машины, так как верхняя часть цилиндра не погружена в суспензию. Однако, когда полоска сетки Я (см. рис. 35) находится выше горизонтальной плоскости MN (рис. 35), проходящей через ось вращения сетчатого цилиндра, сила тяжести твердых компонентов суспензии будет способствовать образованию на сетке осадка, хотя и в меньшей степени, чем в первом рассмотренном нами случае. Когда же полоска спустится ниже плоскости MN, сила тяжести твердых компонентов суспензии замедляет процесс образования слоя осадка на сетке. В результате часть твердой фазы фильтруемой суспензии возвращается из зоны фильтрации в ванну, повышая тем самым концентрацию суспензии.

Если мешалки 6 расположены слишком близко от поверхности сетчатого цилиндра, то наиболее удаленная от поверхности сетки и менее уплотненная часть уже отфильтрованного слоя асбестоцементной массы смывается и, смешиваясь с находящейся в ванне суспензией, в свою очередь, повышает ее концентрацию. Отношение количества твердых компонентов, уловленных сетчатым цилиндром из единицы объема суспензии, к содержанию этих компонентов в единице объема суспензии, в которую погружен сетчатый цилиндр, называют коэффициентом улавливаемости Ку. Величина этого коэффициента, по определению И. И. Бернея, в зависимости от концентрации суспензии, скорости движения рабочего сукна, расположения мешалок в ванне и скорости их вращения изменяется в пределах 0,73—0,88, составляя в среднем 0,83. Это означает, что из отфильтрованного сетчатым цилиндром листоформовочной машины определенного объема суспензии 83% находящихся в этом объеме асбеста и цемента улавливаются сетчатым цилиндром, а из остальных 17% часть остается в ванне, а часть уносится отфильтрованной водой.

Так как сетчатый цилиндр улавливает не все твердые компоненты суспензии, то концентрация ее в ваннах сетчатого цилиндра при устойчивом режиме работы формовочной машины всегда превышает концентрацию массы, подаваемой в ванны сетчатых цилиндров. По тем же обстоятельствам концентрация суспензии в части ванны, расположенной слева от сетчатого цилиндра, т. е. со стороны притока свежей суспензии, всегда ниже концентрации суспензии с противоположной стороны сетчатого цилиндра.

После завершения формования, т. е. по выходе из суспензии, первичный слой обезвоживается и уплотняется сперва легким отжатием водоотгонного валика, а затем прокаткой между сетчатым цилиндром и отжимным валом, покинув который, сукно увлекает за собой первичный слой.