Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Для перемешивания гипса в процессе варки котел снабжен мешалкой, состоящей из вертикального вала 6, лопастей и привода. Котел закрывают крышкой 5 с патрубком и пароотводной трубой, через которую удаляются пары воды, образующиеся при варке гипса. Устанавливают котел вертикально и обмуровывают кирпичной кладкой. Чтобы обеспечить равномерный прогрев гипса и увеличить поверхность нагрева, в варочных котлах большой емкости устанавливают жаровые трубы 7. В этом случае топочные газы обогревают сначала днище, затем боковые поверхности котла в кольцевых каналах, далее проходят через котел по жаровым трубам и, наконец, уходят в дымовую трубу 3. Часто тазы из топок варочных котлов направляЕотсяв установки для совместной сушки и помола двуводного гипса, что способствует значительной экономии топлива. Загружают котел порошком двуводного гипса при помощи винтового конвейера 4, привод которого установлен на каркасе котла. Пары воды удаляются через трубу 2.

Обжигают гипс в котле следующим образом. После прогрева котла включают мешалку и начинают постепенно загружать его гипсовым порошком. Продолжительность процесса варки зависит от размеров котла, температуры, степени влажности и частичной дегидратации поступающего в него гипса. Обычно продолжительность варки колеблется от 1 до 3 ч, при этом в первые 120— 30 мин гипс нагревается от температуры 60—70 °С, которую он имел при загрузке в варочный котел, до температуры начала интенсивной его дегидратации, т.е. до 130—150 °С. Далее температура материала почти не меняется вследствие интенсивного выделения и испарения кристаллизационной (гидратной) воды. В это время наблюдается как бы «кипение» гипсового порошка. После окончания дегидратации гипса начинается дальнейший подъем температуры и по мере прекращения парообразования гипс оседает.

Нагревание материала с подъемом температуры до 170—200 °С может привести к обезвоживанию (5-полу-водного гипса до растворимого ангидрита и к ухудшению его качества. Выдержка гипса во время варки в течение 3—4 ч при 140—150°С способствует уменьшению водопотребности продукта и повышению его прочности.

Водопотребность гипса, получаемого в гипсоварочных котлах, как показали опыты В. А. Ипатьевой, значительно снижается при варке его с добавкой поваренной соли. Последняя в виде насыщенного водного раствора пульверизуется непосредственно в котел. При добавке соли в количестве 0,1—0,15 % по массе гипса нормальная густота снижается до 45—50 %, а прочность продукта увеличивается с 10 до 15 МПа и более.

Полученный полуводный гипс из котла через люк 9 с шибером 8 выпускают в бункер выдерживания гипса, называемый иногда камерой томления. Здесь в процессе охлаждения качество гипса улучшается. Некоторое количество двуводного гипса, оставшегося в полугидрате, постепенно за счет физической теплоты, содержащейся в выгружаемом материале, переходит в полуводный, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидратируются и также превращаются в полугидрат.

Из бункера выдерживания после охлаждения гипс подают на склад готовой продукции. Длительное вылеживание полугидрата на складе также влияет на его строительные свойства, в частности при этом уменьшается водопотребность.

В настоящее время гипсоварочные котлы выпускают емкостью 3 и 15 м3. Недостаток варочных котлов — периодичность работы, затрудняющая автоматизацию производственных процессов.

За рубежом для непрерывного обжига гипса применяют тепловые установки в виде винтовых конвейеров с подачей теплоносителя в полые винты шнека. В СССР подобная установка разработана НИИСМ (Киев). Нагревание гипсового порошка в установке осуществляется с помощью электронагревателей, размещенных на наружной поверхности винтового конвейера и внутри вала.

Применение установок непрерывного действия, как и котлов больших размеров периодического действия, позволяет значительно сократить количество обслуживающего персонала, уменьшить объем здания на единицу продукции и повысить качество гипса.

Для улучшения качества готовой продукции на отдельных заводах после обжига в варочных котлах гипс подвергают вторичному похмолу в шаровых мельницах. При этом обнажающиеся при помоле необезвоженные ядра частиц гипса под влиянием теплоты, выделяющейся от трения и ударов шаров, дегидратируются, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидрати-руются выделяющимися водяными парами и переходят в полуводный гипс. Кроме того, полагают, что частицы при вторичном помоле приобретают таблитчатую форму, обеспечивающую повышение пластичности теста и раствора из такого материала.

Гипс в варочных котлах непосредственно не соприкасается с топочными газами. Кроме того, в процессе варки он интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высокого качества. Расход условного топлива при изготовлении строительного гипса в варочных котлах 40—45 кг, электроэнергии — 20—25 кВт-ч на 1 т продукта.

Данный способ получил наибольшее распространение в промышленности. Капиталовложения в этом случае составляют 35—45 руб. на 1 т вяжущего.

Строительный гипс на установках совмещенного помола и обжига получают по схеме: дробление камня одно- или двухступенчатое до частиц размером не более 10—15 мм (желательно до 5—10 мм) и последующий помол одновременно с обжигом в шаровой мельнице, в которую из специального подтопка поступают дымовые газы с температурой 600—700 °С. В мельнице материал в процессе измельчения дегидратируется до р-полуводной модификации и выносится из нее газовым потоком в сепаратор. В нем выделяются крупные частицы, направляемые обратно в мельницу. Более мелкие фракции полуводного гипса проходят пылеосадительные устройства, в которых выделяются из газового потока и направляются в бункера готовой продукции.

Другие технологические схемы получения гипса при одновременном помоле и обжиге отличаются от описанных, главным образом, типом устанавливаемых мельниц и дробилок, а также тем, что иногда мельницы работают по схеме с рециркуляцией газов, прошедших пылеосадительные устройства. Применение схемы с рециркуляцией связано с дополнительным расходом электроэнергии,   но   эффективно    с точки    зрения    использования теплоты, так как позволяет охлаждать топочные газы до 500—700 °С не наружным холодным воздухом, а возвращаемыми из пылеуловителей газами с температурой 120—130 °С. Расход условного топлива при обжиге на этих установках колеблется в пределах 40—50 кг, а электроэнергии—30—35 кВт-ч на 1 т продукта.

В тихоходных шаровых мельницах, в которых материал находится значительное время, процесс дегидратации протекает преимущественно в их камерах. При быстроходных мельницах ударно-центробежного типа, в которых материал быстро измельчается и выносится в трубы, процесс дегидратации завершается не в мельницах, а в основном в трубах и пылеосадительных аппаратах. Это приводит иногда к неполной дегидратации дву-водного гипса. Вследствие этого гипс, получаемый обжигом на установках с быстроходными мельницами, часто характеризуется повышенной водопотребностыо, пониженной прочностью и короткими сроками схватывания (2—4 мин).

При производстве строительного р-полуводного гипса обжигом кускового материала дробление гипсового камня осуществляется по одно- или двухступенчатой схеме в щековых и других дробилках в зависимости от размера кусков исходного материала и требуемого размера кусков, направляемых в печь на обжиг. Размер кусков материала зависит от типа печи.

В настоящее время гипс в кусках обжигают почти исключительно во вращающихся печах. В последние годы для обжига гипса в виде щебня используют иногда подвижные решетки, подобные агломерационным.

Вращающимися печами для обжига строительного гипса служат барабаны, применяемые в других отраслях промышленности для сушки сыпучих материалов (рис, 5). Сушильный барабан представляет собой сварной стальной цилиндр, вращающийся на опорных роликах со скоростью 2—3 об/мин. Барабан устанавливают с наклоном к горизонту 3—5° и приводят во вращение электродвигателем. Гипс для обжига в виде щебня размером до 35 мм с помощью питателя подают в приподнятый конец барабана через загрузочную воронку. Благодаря наклону барабана он перемещается в нем в осевом направлении к разгрузочной воронке. В зависимости от выбранного направления Потока горячих газов в барабане к загрузочному или разгрузочному концу его пристраивают топку. В первом случае направление движения горячих газов и материалов в печи совпадает и барабан работает по принципу прямотока; во втором случае — газы и материал движутся навстречу друг другу (противоток). Вторая схема отличается пониженным расходом топлива.

Сушильные барабаны могут работать на твердом (кусковом и пылевидном), жидком и газообразном топливе. Удельный расход условного топлива в них составляет около 5 % массы готового продукта. Для обжига гипса применяют сушильные барабаны производительностью 5—15 т/ч.

На обжиг обычно поступает гипсовый щебень 10—20 и 20—35 мм. Фракция 0—10 мм является отходом производства и используется в качестве муки для гипсования почвы или после дополнительного помола идет на обжиг в варочном котле. Фракции 10—20 и 20—35 мм обжигают раздельно.

Температура газов в месте входа в сушильный барабан при прямотоке принимается около 900, а при противотоке 600—700 °С. До поступления в печь газы разбавляют воздухом до требуемой температуры. Из барабана газы при прямотоке выходят с температурой 160—< 180°С, а при противотоке — около 100 °С.

Обожженная гипсовая крупка поступает в расходные бункера шаровой, мельницы или же направляется в бункер выдерживания (томления). Выдерживание продукта в бункерах в течение 24—40 ч способствует получению более однородного продукта за счет дегидратации ие-разложившегося двугидрата и перехода растворимого ангидрита в полуводный гипс.

Обожженную крупку размалывают до остатка на сите № 012 не более 10—12 %. Измельчают чаще всего в одно- или двухкамерных шаровых мельницах.

Технологические процессы производства гипса с обжигом его во вращающихся печах непрерывные, и поэтому легко осуществить их автоматическое управление. Этот способ получения гипса очень экономичен. Расход топлива колеблется в пределах 45—50 кг, электроэнергии— 15—20 кВт- ч на 1 т.

р-гипс, получаемый обжигом во вращающихся печах, отличается пониженной водопотребностыо (48—55%)' при получении теста нормальной густоты по сравнению с гипсом из варочных котлов  (60—65%), что обусловлено отчасти применением для размола шаровых мельниц, придающих частичкам таблитчатую форму. Кроме того, при помоле гипса в мельницах при 120—130 °С происходят дегидратация остатков гипса и выравнивание его модификационного состава. Этот способ производства гипса наряду с изготовлением в варочных котлах применяют в значительных масштабах в отечественной и зарубежной практике.

Гипс хранят обычно в круглых силосах диаметром 6—10 м. Цехи строительного гипса часто входят в состав заводов гипсовых изделий, поэтому готовый гипс в другие цехи подают обычно механическим или пневматическим внутризаводским транспортом. На объекты, расположенные вне заводов, строительный гипс отправляют в цементовозах или в упакованном виде в бумажных мешках.

Выработка на одного работающего в год при производстве строительного гипса на крупных заводах достигает 1650—2000 т.

Себестоимость строительного |3-полуводиого гипса подвержена значительным колебаниям. На заводах с годовой производительностью 100—300 тыс. т, оснащенных современным оборудованием и работающих на близлежащем сырье, она достигает 7—9 руб/т. На подобных же заводах, работающих на дальнепривозном сырье, себестоимость повышается до 9—11 руб/т и более.

Гипсовое вяжущее а-модификации полугидрата сульфата кальция обычно характеризуется по ГОСТ 125—79 марками по прочности Г-19 до Г-25 и выше (25— 35 МПа)1. Лучшие сорта а-гипса получают при использовании природного сырья первого сорта с содержанием двугидрата не менее 95%   (ГОСТ 4013—82).