Производство плиты из вяжущего материала

ПРОИЗВОДСТВО ПЛИТЫ ИЗ ВЯЖУЩЕГО МАТЕРИАЛА Предложенный способ ускорения реакции отверждения полугидрата сульфата кальция и воды содержит следующие этапы: смешивают воду и полугидрат сульфата кальция для получения суспензии, добавляют ускоритель к упомянутой суспензии, воздействуют ультразвуковой энергией на упомянутую суспензию. 013951 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к производству плиты из вяжущего материала, в котором суспензию вяжущего материала, обычно строительного гипса, наносят между двумя защитными облицовочными листами и формируют плиту с требуемой шириной и толщиной перед отвердеванием и сушкой. Этот процесс обычно осуществляется непрерывно и с высокой линейной скоростью. Уровень техники Для производства гипсовой плиты водную суспензию обожженного гипса (сульфат кальция полугидрат) непрерывно распределяют между верхним и нижним бумажными листами. Сформированный продукт затем непрерывно перемещают по движущейся ленте до тех пор, пока суспензия не отвердеет. Полосу или лист затем сушат, пока избыточная вода из гипсовой плиты не испарится. В производстве гипсовых стеновых плит известна добавка различных веществ к суспензии для улучшения производственного процесса или свойств самой плиты. Например, обычно снижают вес суспензии путем добавки вспенивающих агентов для получения определенной степени аэрации, которая уменьшает плотность конечной стеновой плиты. Также известно уменьшение времени отверждения суспензии обожженного гипса путем внедрения ускорителей отверждения гипса. Свежемолотый гипс (также известный как ускоритель отверждения гипса) имеет относительно короткий срок хранения. Потеря эффективности ускорения обычных материалов-ускорителей также усиливается, когда ускоритель подвергается воздействию тепла и/или влаги. Для борьбы с таким снижением эффективности известно покрытие частицы ускорителя, например,сахаром или поверхностно-активным веществом. В соответствии с этим существует потребность в ускорителях отверждения гипса или в способе уменьшения времени отверждения гипсовой суспензии, которые позволили бы устранить описанные выше проблемы. В соответствии с настоящим изобретением предложен способ ускорения реакции отверждения,происходящей между сульфатом кальция полугидратом и водой, который включает смешивание воды и сульфата кальция полугидрата для получения суспензии, добавление ускорителя к упомянутой смеси и воздействие ультразвуковой энергией на упомянутую смесь. Ультразвуковой энергией можно воздействовать в течение времени менее 10 с. Ускоритель может представлять собой гидратированный сульфат кальция. Ускоритель может представлять собой химический ускоритель. Химический ускоритель может представлять собой сульфат калия (K2SO4). Суспензия может быть сформирована в смесителе и может быть нанесена через выходное отверстие смесителя на бумагу для формирования гипсовой штукатурной плиты, причем упомянутая бумага расположена на конвейере. Ультразвуковой энергией можно воздействовать на суспензию, когда суспензия находится в выходном отверстии смесителя. Ультразвуковой энергией можно воздействовать на суспензию после того, как она будет нанесена на бумажный конвейер. Ультразвуковая энергия может быть приложена с использованием ультразвукового рупора радиальной формы, расположенного в раскрыве выходного отверстия смесителя. Ультразвуковая энергия может быть приложена непосредственно к суспензии, находящейся в смесителе. Ультразвуковая энергия может быть приложена непосредственно к суспензии в смесителе через зонды, вставленные в суспензию, содержащуюся в смесителе. Ультразвуковая энергия также может быть приложена через ротор смесителя. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предложено устройство для изготовления гипсовой стеновой панели, содержащее смеситель, предназначенный для смешивания сульфата кальция полугидрата и воды, выходное отверстие смесителя, предназначенное для нанесения гипсовой суспензии на бумагу, расположенную на конвейере, в котором упомянутое выходное отверстие смесителя содержит средство для подачи ультразвуковой энергии к суспензии в процессе ее выхода через упомянутое выходное отверстие смесителя. Упомянутое выходное отверстие смесителя содержит ультразвуковой рупор трубчатой формы. Предпочтительно воздействовать ультразвуковой энергией вместе с известным ускорителем, который обеспечивает уменьшениевремени отверждения, что приводит к более эффективному процессу производства штукатурных плит. Применение ультразвукового ускорителя в смесителе также неожиданно устраняло накопление материала в смесителе. Это связано с вибрацией, генерируемой при приложении ультразвуковой энергии, в смесителе. В частности, использование ультразвуковой энергии в комбинации с известным гипсовым ускорителем обеспечило неожиданно хорошие результаты, при этом требуемое количество частиц или химических ускорителей может быть уменьшено. Варианты воплощения изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: на фиг. 1 схематично показан в продольном разрезе вид фрагмента линии для производства гипсо-1 013951 вых плит; на фиг. 2 показан пример формы выходного отверстия смесителя в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения; на фиг. 3 схематично показан вид выходного отверстия смесителя в форме радиального рупора в соответствии с дополнительным вариантом воплощения настоящего изобретения; на фиг. 4 схематично показан вид в разрезе смесителя с ультразвуковыми зондами; на фиг. 5 схематично показан вид в разрезе смесителя с ультразвуковым ротором в соответствии с дополнительным вариантом воплощения изобретения. Как показано на фиг. 1, первый слой бумаги 12 подают с рулона 14 на конвейер или ленту 16. Смеситель 18 - накопитель содержит суспензию сульфата кальция полугидрата и воды. В таком смесителе 18 - накопителе предусмотрено выходное отверстие 20, соединенное с трубой 22. Измеритель подключен к упомянутой трубе 22 для измерения и контролирования количества строительного гипса, подаваемого через трубу 22. Добавки добавляют в смеситель 18 - накопитель. Такие добавки могут содержать замедлители (например, белки, органические кислоты), агенты - модификаторы вязкости (например, суперпластификаторы), противопожарные агенты, борную кислоту, химикаты, повышающие устойчивость к воздействию воды (например, полисилоксаны, эмульсии воска), стекловолокно, усилители пожароустойчивости (например, вермикулит, глина и/или кремнеземная пыль), полимерные соединения (например, PVA (ПВА,поливинилацетат), PVOH (поливиниловый спирт и другие обычные добавки, добавляемые в известных количествах для улучшения производства, например крахмал. В смесителе 18 - накопителе предусмотрено выходное отверстие 20 для подачи его смешанного содержимого в форме суспензии на бумагу 12. Такую суспензионную смесь затем подают через выходную трубу 22 на бумагу 12, которая расположена на движущейся ленте 16. Добавку, такую как крахмал, добавляют к потоку 24 суспензии в смесителе, и дополнительный слой бумаги 26 помещают поверх верхней поверхности потока из рулона 28. Суспензия, таким образом, помещается между двумя листками бумаги или картона 12 и 26. Эти два листа становятся облицовкой, полученной в результате гипсовой плиты. Толщину полученной в результате плиты контролируют с помощью формующей установки 30, и плиту впоследствии изготовляют, используя соответствующие механические устройства для разрезания или разламывания с надрезом и склеивания накладываемых друг на друга кромок покрывающих листов 12, 26 бумаги. Дополнительные направляющие поддерживают толщину и ширину плиты по мере того,как отвердевающая суспензия перемещается по движущейся ленте конвейера. Панели в виде плит нарезают и подают в сушильные устройства для сушки штукатурных панелей. В текущем варианте воплощения настоящего изобретения труба 22 может быть заменена радиальным рупором в форме кольца, для того чтобы к потоку 24 суспензии по мере его перемещения через трубопровод можно было прикладывать ультразвуковую энергию. Как показано на фиг. 2, труба 22 может быть выполнена в форме металлического ультразвукового радиального рупора с внешней металлической трубой 40 и внутренним отверстием 42. Суспензия 24 протекает через трубу 22, к которой прикладывают ультразвуковую энергию, по мере формирования потока суспензии на бумаге 12. Предпочтительно использование ультразвуковой энергии, прикладываемой к суспензии гипса, ускоряет время отверждения гипса, обеспечивая ускоренную кристаллизацию. Следует понимать, что, когда количество ультразвуковой энергии, прикладываемой к суспензии гипса, превышает естественные силы, удерживающие вместе молекулы, возникает кавитация. Разрывы пузырьковой кавитации формируют кратковременно существующие горячие точки в суспензии. Схлопывание некоторых из пузырьков в суспензии обеспечивает формирование центров зародышеобразования, что создает возможность ускоренной кристаллизации. Это явление дает дополнительное преимущество, состоящее в том, что выходное отверстие для подачи суспензии становится самоочищающимся модулем подачи в результате вибрации, формируемой ультразвуковой энергией. Вибрация на выходе смесителя также позволяет равномерно распределять суспензию по движущемуся конвейеру. В одном варианте воплощения настоящего изобретения труба 22 может быть заменена трубчатым ультразвуковым рупором с широким раскрывом, через который суспензию можно подавать, формируя поток 24 суспензии, и при его протекании через трубопровод можно прикладывать к суспензии ультразвуковую энергию. Как показано на фиг. 3, труба 22 может быть выполнена в форме металлического ультразвукового радиального рупора с трубчатой внешней металлической трубой 50, соединенной с помощью некоторого средства с конической секцией 52, формируя таким образом выходное отверстие 54 с широким раскрывом для суспензии. Суспензия 24 протекает через трубу 22, где ультразвуковую энергию прикладывают при формировании потока суспензии на бумаге 12. Также предпочтительно благодаря использованию конструкции с широким раскрывом ультразвукового рупора в выходном отверстии смесителя поток сус-2 013951 пензии может быть более равномерно распределен на бумаге 12, и он в меньшей степени зависит от использования дополнительного механического вибрационного устройства. Как показано на фиг. 4, пара ультразвуковых зондов 52, 54 в качестве альтернативы может быть установлена в самой камере 18 смесителя. Зонды 52 и 54 предпочтительно действуют как способ предотвращения засорения смесителя благодаря передаче вибрации в суспензию. На фиг. 5 к самому ротору 53 смесителя подают ультразвуковую энергию через генератор 57. Ротор, по существу, представляет собой обычный ротор, но дополнительно к нему подают ультразвуковую энергию, которую он передает в смесь гипсовой суспензии, подаваемой в камеру 18 смесителя. Следующий пример представляет собой дополнительную иллюстрацию настоящего изобретения,но его не следует рассматривать как ограничение объема изобретения. Со ссылкой на примеры готовят суспензию, используя штукатурный гипс с различным уровнем содержания воды, содержащую 70, 80 и 90 мас.% гипса (без добавок), для получения разной вязкости; разные суспензии с разным уровнем содержания воды облучали с помощью ультразвукового зонда(на фиксированной частоте 20 кГц) в течение разных интервалов времени, включающих 2, 3, 5, 10, 15 и 20 с; время отверждения для каждого облучения измеряли, используя тест отверждения Вика (Vicat); для определения эффекта вспенивания при облучении ультразвуком различные суспензии с различными уровнями добавок пены испытывали так же, как описано выше для суспензий, не содержащих пену: в этом случае количество воды поддерживали постоянным и изменяли уровень добавок пены; оба набора примеров (с использованием суспензий без добавок и с добавками пены) повторяли,применяя различные ультразвуковые зонды с разной выходной мощностью (1 и 1,5 кВт); примеры повторяли, используя ультразвук в комбинации с ускорителем, состоящим из частиц, Ground Mineral Nansa (GMN) и химическим ускорителем - сульфатом калия. Пример 1. Формировали призмы, используя 1000 г штукатурного гипса с тремя различными уровнями содержания воды, соответствующими 70, 80 и 90% веса гипса. Ультразвуковую энергию прикладывали к суспензии в течение 3, 5 и 10 с, используя ультразвуковой зонд с выходной мощностью 1 кВт. Большой высокоскоростной смеситель использовали для смешивания штукатурного гипса и воды с временем дисперсии 5 с. Используемую воду поддерживали при постоянной температуре 40 С. В этом случае пену не добавляли к суспензии. Пример 2. Испытания выполняли для определения влияния ультразвукового ускорения на вспененную суспензию. Призмы формировали с использованием 1000 г штукатурного гипса с уровнем содержания воды,соответствующим 90 мас.% гипса. Генератор пены использовали для получения пены, добавляемой к смеси штукатурного гипса. Генератор пены устанавливали так, чтобы получить скорость потока воздуха 2,5 л/мин, скорость потока пены 0,25 л/мин и концентрацию пены 0,3%. Для получения смеси суспензии использовали большой смеситель, работающий с малой скоростью, с общим временем дисперсии 10 с. Ультразвуковой зонд мощностью 1 кВт со временем облучения ультразвуком 3, 5 и 10 с использовали для ускорения отверждения гипсовой суспензии. Штукатурный гипс и воду смешивали в большом смесителе периодического действия в течение 3 с до того, как к смеси была добавлена пена, после добавления которой смешивали дополнительно 7 с для получения образцов 1 и 2. В случае образцов 3 и 4 штукатурный гипс смешивали с водой в течение 3 с до добавления пены и смешивали дополнительно 4 с после. Пример 3. Для сравнения времени отверждения, полученного при использовании ускорителя, состоящего из частиц, относительно применения только ультразвуковой энергии, были сформированы призмы для испытаний воздействия ультразвука на ускоритель, состоящий из частиц (GMN). В этом случае пену не добавляли и использовали уровень содержания воды, соответствующий 90 мас.%, штукатурного гипса при температуре воды 40 С. Большой высокоскоростной смеситель использовали для смешивания штукатурного гипса и GMN с водой при времени дисперсии 5 с. GMN смешивали вручную с сухим порошком штукатурного гипса в течение 30 с перед приготовлением суспензии в смесителе. Пример 4. Суспензию без пены облучали ультразвуком с использованием зонда большой мощности, который позволял получать на выходе 1,5 кВт по сравнению с 1 кВт мощности (предыдущего зонда). 1000 г штукатурного гипса с водой в соотношении 90 мас.% (температура воды 40 С) снова смешали в высокоскоростном смесителе в течение 5 с для получения образцов. Таблица 4 Пример 5. Образцы без пены с двумя уровнями добавок (0,06 и 0,1 мас.%) сульфата калия (химический ускоритель) облучали ультразвуком, используя зонд большей мощности (1,5 кВт) в течение разных интервалов времени для определения возможности использования ультразвуковой кавитации совместно с сульфатом калия для дополнительного ускорения времени отверждения суспензии гипса. Как можно видеть в табл. 5, применение ультразвуковой энергии в комбинации с химическим ускорителем (сульфатом калия) позволяет получить существенное увеличение в разнице времени отверждения. Эта конкретная комбинация применения ультразвуковой энергии и химического ускорителя в соответствии с настоящим изобретением была определена как наиболее эффективная для уменьшения времени отверждения суспензии гипса по сравнению с использованием каждого способа по отдельности. В табл. 6 представлен список результатов, полученных при испытаниях на "установке" с использованием ультразвука в соответствии с настоящим изобретением для ускорения отверждения гипса.-7 013951 Таблица 6 Таблица результатов испытаний, полученных на установке с использованием ультразвука для ускорения отверждения гипсовых продуктов Табл. 7 представляет собой сводную таблицу результатов времени отверждения, полученных во время испытаний на установке. Таблица 7- 12013951 Сводная диаграмма разности значений времени отверждения, полученных с помощью ультразвуковых испытаний на установке Сводные данные по испытаниям ускорения под действием ультразвука от 10.05.05 и 11.05.05 Данные, относящиеся к снижению плотности при использовании ультразвука Приведенная ниже диаграмма представляет свойства снижения плотности при использовании ультразвука. При сравнении всех контрольных данных с обработанными ультразвуком образцами можно видеть, что все они имеют более низкую плотность, чем контрольные образцы. Обработанные образцы имели прочность, соответствующую плотности. Ультразвук не оказал пагубного влияния на прочность,но просто понизил плотность. Обработанные образцы представляли такое же пропорциональное изменение прочности в зависимости от плотности, что и контрольные образцы. Свойство снижения плотности при обработке ультразвуком имеет другой положительный эффект. Таким образом, ультразвук также можно использовать для аэрации суспензии, что позволяет понизить содержание воды или использование пены. Снижение содержания воды представляет собой существенное экономическое преимущество, поскольку означает уменьшение использованной энергии. Применение ультразвука также позволяет получить преимущество механической аэрации суспензии и получения тех же плотностей продукта с уменьшенным количеством воды или пены. Данные напряжения сжатия для сводных результатов испытаний ускорения под действием ультразвука ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ ускорения реакции отверждения смеси полугидрата сульфата кальция и воды, содержащий следующие этапы:a) смешивают воду и полугидрат сульфата кальция для получения суспензии;c) воздействуют ультразвуковой энергией на упомянутую смесь. 2. Способ по п.1, в котором суспензию получают в смесителе и наносят через выходное отверстие смесителя на бумагу для формирования штукатурной гипсовой плиты, причем упомянутая бумага расположена на конвейере. 3. Способ по п.1 или 2, в котором ускоритель представляет собой ускоритель, состоящий из частиц. 4. Способ по п.1 или 2, в котором ускоритель представляет собой химический ускоритель. 5. Способ по п.4, в котором химический ускоритель представляет собой сульфат калия. 6. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором ультразвуковую энергию прикладывают к суспензии, когда суспензия находится в выходном отверстии смесителя. 7. Способ по одному из пп.1-5, в котором ультразвуковой энергией воздействуют на суспензию, после нанесения ее на бумажный конвейер. 8. Способ по п.7, в котором ультразвуковой энергией воздействуют с использованием ультразвукового рупора радиальной формы, расположенного в выходном раскрыве выходного отверстия смесителя. 9. Способ по п.1, в котором ультразвуковую энергию прикладывают непосредственно к суспензии в смесителе. 10. Способ по п.9, в котором ультразвуковую энергию прикладывают непосредственно к суспензии в смесителе через зонды, вставленные в суспензию, содержащуюся в смесителе. 11. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором ультразвуковой энергией воздействуют в течение времени меньше чем 10 с. 12. Способ по п.9, в котором ультразвуковую энергию подают в смеситель через ротор. 13. Устройство для производства гипсовых стеновых панелей, содержащее смеситель, предназначенный для смешивания полугидрата сульфата кальция и воды, выходное отверстие смесителя, предназначенное для нанесения суспензии, содержащей гипс, на бумагу, установленную на конвейере, в котором упомянутый смеситель содержит средство для подачи ультразвуковой энергии к суспензии, при этом упомянутое выходное отверстие смесителя содержит ультразвуковой рупор в форме трубы. 14. Устройство по п.13, в котором ультразвуковую энергию подают к суспензии через ротор смесителя. 15. Устройство по п.14, в котором ротор смесителя представляет собой ультразвуковой рупор.