книги / Тепломассообменные процессы в производстве гипсовых и гипсобетонных строительных материалов

объеме кускового материала. Интервал 1,5—2 чдиктуется плотностью и термодинамической устойчивостью природного сырья. Дальнейшее повышение давления пропарки не приводит к образованию новых центров перекристаллизации и ускоряет процесс обезвоживания без ухудшения качества конечного продукта. Интервал повышения давления определяется исходя из свойств гипсового сырья. При сбросе давления до атмосферного из пропаренного материала удаляется зна­ чительное количество влаги вследствие неизохорности реакции и теп­ лоты, аккумулированной в материале. В связи с этим удаление ос­ тавшейся в полугидрате влаги может быть осуществлено в процессе сушки в течение 2,5—3 ч. Все это позволило разработать технологи­ ческий цикл производства высокопрочного гипсового вяжущего в одном аппарате в течение 8—9 ч, более эффективное производство с выносом процесса сушки в сушильный бункер, расположенный под автоклавом.

Данная технология позволяет проводить тепловую обработку в двух спаренных автоклавах, используя теплоту стравливаемого пара одного автоклава для прогрева сырья во втором автоклаве, что дает ощутимую экономию топлива (15 %). Режим пропарки и технологи­ ческая схема работы двух спаренных автоклавов с выносом сушки в сушильный бункер, где досушка материала осуществляется по тому же принципу, что и в автоклаве, в течение 2,5—3 ч соковым перегре­ тым паром, приведены на рис. 39 и 40. Эта схема принята для внедре­ ния на Деконском, где строится новый цех производства высокопроч­ ного гипса производительностью 40 тыс. т в год, Рижском, Николаев­ ском и других предприятиях, где намечено строительство аналогич­ ных или более производительных цехов высокопрочного гипса.

Она позволяет повысить производительность двух спаренных авто­ клавов до 40—45 тыс. т в год. Из таких спаренных автоклавов можно проектировать цех любой производительности. Значительно улучша­ ются технико-экономические показатели работы оборудования. Рас­ ход условного топлива уменьшается до 25—30 кг у. т./т, а расход электроэнергии — до 39—40 (кВт • ч)/г. Соответственно удельные капитальные вложения уменьшаются до 25—30 руб/т, а металлоем­ кость — до 2—2,5 кг/т.

2. Высокопрочное водостойкое гипсоцементнопуццопановое вяжущее

Разработка нового способа производства высокопрочного гипса позволила ИТТФ АН УССР совместно с МИСИ им. В. В. Куйбышева приступить к созданию высокопрочного водостойкого гипсоцементнопуццоланового вяжущего (ВВГЦПВ), которое заменит цемент в ряде отраслей строительства. Замена цемента высокопрочным водостойким гипсом позволит существенно ускорить и удешевить строительство и даст народному хозяйству значительную экономию.

Многолетние исследования, проводимые в МИСИ им. В. В. Куй­ бышева под руководством А. В. Волженского, показывают, что долго­ вечность бетонов на основе ГЦПВ, в том числе повышенной прочнос­ ти, обеспечивается правильным соотношением портландцемента и

81

акта ной минеральной добавки, содержащей активный кремнезем, или составом пуццоланового портландцемента. Это соотношение подби­ рается согласно ОСТ 21—29—77, по которому должно быть обеспе­ чено снижение концентрации СаО в специально приготовленных пре­ паратах до 1,1 и 0,85 г/л соответственно на пятые и седьмые сутки. В этом случае изделия из бетонов на основе ГЦПВ могут находиться в условиях влажности и даже в воде, в течение многих лет не под­ вергаясь гидросульфоалюминатному разрушению. В случае же не­ достаточного количества активной минеральной добавки в составе вяжущего структура цементного камня ослабляется из-за образова­ ния трехсульфатной формы гидроалюмината кальция, снижается прочность изделия, а в отдельных случаях со временем наступает пол­ ное разрушение (13—151.

Наиболее простым способом получения ГЦПВ, в том числе повы­ шенной прочности, является смешение строительного или высоко­ прочного гипса с пуццолановым портландцементом необходимого состава. Однако выпускаемый в нашей стране пуццолановый портланд­ цемент по ГОСТ 10178—76 содержит не более 30 % активной мине­ ральной добавки, что, как показали исследования, в ряде случаев не обеспечивает долговечности изделий из ГЦПВ при эксплуатации их во влажных условиях из-за высокой концентрации СаО в жидкой фа­ зе. В связи с этим была выбрана схема производства ВВ ГЦПВ (путем смешения высокопрочного гипса, портландцемента и активной мине­ ральной добавки). Эта схема позволяет регулировать процентное содержание компонентов в вяжущем в зависимости от их качества.

Принципиальная схема производства высокопрочного гипса и на его основе ВВГЦПВ приведена на рис. 41.

Высокопрочное ВГЦПВ изготовляется путем тщательного смев е- ния высокопрочного гипса, портландцемента и природной минераль­ ной добавки. Состав высокопрочного водостойкого гипсового вяжуще­ го: 60—80 % высокопрочного гипса, 10—20 % портландцемента, 10— 20 % минеральной добавки. Гипсовое сырье, предназначенное для переработки в высокопрочный гипс фракции 30—60 мм, загружается в приемный бункер 1, далее оно идет на виброгрохот 2, где отсеива­ ется мелкая фракция, которая из бункера 3 поступает на цементный завод или в гипсоварочные котлы для производства 0-полугидрата. Далее элеватором 4 нужная фракция подается в загрузочные бунке­ ры 5, расположенные над автоклавами. Технологическая схема работы двух спаренных автоклавов и циклограммы приведены на рис. 39 и 40. Из автоклава 6 пропаренный гипсовый щебень поступает в су­ шильный бункер 8, где сушится соковым перегретым паром, цирку­ лирующим по замкнутому герметичному контуру с помощью венти­ лятора 10. Перегрев паров осуществляется в теплогенераторах 11 или в паровых калориферах. Высушенный гипсовый щебень сбрасы­ вается в общий сборник 9, из которого с помощью ленточного транспор­ тера и элеватора направляется в бункер 15, расположенный над ша­ ровой мельницей для производства ВВГЦПВ. Технологическая схема предусматривает также возможность выпуска высокопрочного гипса. Для этого устанавливается шаровая мельница 21, снабженная сепара-

82

Рис. 41. Принципиальная схема производства высокопрочного гипса и ВВГЦПВ на его основе:

/ — приемные бункер; 2 — внброгрохот; 3 — буккер отсева; 4 — элеватор; 5 — эагрузоч* ны(| бункер; 6 — автоклав; 7 — раздвижная обечайка; 8 — сушильный бункер; 9 — сборник гипса; 10 — пеитнлятор; 11 — калориферы, теплогенераторы; 12 — силосы для цемента; 13 — сушильный барабан; 14 — склад опоки; 15, 16, 17 — бункеры соответственно гипса, цемента, опоки; 19 — бункер готовой продукции; 19 — упаковочная машина; 20 — затаренное ВВГЦПВ; 21 — шаровая мельника; 22 — весовые дозаторы; 23 — сепаратор; 24 — затарен­

ный высокопрочный гнпс.

тором, и упаковочная машина 19. Портландцемент поступает на склад72 и далее в бункер 16, который устанавливается над шаровой мель­ ницей. Активная минеральная добавка (опока) поступает на завод

впорошкообразном виде на склад 14, откуда подается на сушку 13

идалее в бункер 17 над мельницей. Под бункерами гипса, опоки и портландцемента устанавливаются весовые дозаторы. Из них все три компонента подаются на шаровую мельницу, где одновременно с по­ молом опока и гипс перемешиваются с цементом. Готовое ВВГЦПВ затаривается в мешки и отправляется на склад или поступает на пере­ работку в изделия.

На основе высокопрочного гипса марок Г13, Г19,. Г22, Г25 (по

ГОСТ 125—79) в качестве основного компонента получается водостой­ кое вяжущее марок 200—400. Из него можно изготовлять быстротвердегощие бетоны марок 200—400. Прочность их через 1,5—2 ]ч состав­

сового вяжущего, состава бетона и удобоукладываемости бетонной смеси.

Из бетона на основе ВВГЦПВ можно изготовить изделия широкой номенклатуры. Анализ данных, приведенных в табл. 14, а также результатов изучения деформативности тяжелых и легких бетонов под действием кратковременной и длительной нагрузки свидетель­ ствует о том, что бетоны .на основе ВВГЦПВ характеризуются такими

83

же показателями, как и равные им по плотности бетоны на основе портландцемента.

Высокая интенсивность твердения бетона на основе ВВГЦПВ, повышенная прочность позволяет эффективно использовать их в объемно-блочном строительстве и при изготовлении изделий в кассе­ тах. В этом случае отказ от тепловой обработки и освобождение из­ делий от форм через 1,2—2 ч после их формирования дает большой экономический эффект. Целесообразно также производство изделий из ВВГЦПВ на прокатных станах и при возведении зданий в подвиж­ ной опалубке.

Получение бетонов ВВГЦПВ и изготовление изделий из них будет способствовать снижению капитальных вложений в строительство предприятий в результате сокращения производственных площадей, исключения энергетических затрат на тепловую обработку, сокращения парка форм, экономии портландцемента.

3.Строительный гипс

Вкачестве основного оборудования для производства строитель­ ного гипса (Р-полугидрата сульфата кальция) используются гипсо­ варочные котлы. Анализ процессов варки в них гипса показал, что можно увеличить производительность технологической линии при по-

84

ной теплоты, передаваемой гипсу в котел, составляет 15—20 % от потребляемой теплоты, благодаря чему сокращается цикл варки, уменьшается расход теплоты и улучшается качество материала.

Как уже отмечалось, значительной интенсификацией процесса производства строительного гипса и улучшения его качества можно достичь при соединении в одном агрегате варки гипса в насыщенной парами влаги среде, что имеет место в гипсоварочном котле с непре­ рывностью процесса, осуществленной в обжиговом барабане. Это достигается при варке гипса в установке, разработанной ИТТФ АН УССР совместно с НИИСМИ Минстройматериалов УССР. Схема установки приведена на рис. 43 [71]. Установка содержит вращаю­ щийся барабан 5 с расположенным внутри пучком греющих труб 6. Барабан внутри нагревательной камеры, которая разделена по ходу газов на две изолированные секции, причем греющие трубы соедине­ ны между собой расположенной соосно с барабаном трубой-коллекто­ ром 7, снабженной патрубками 20 с регулировочным клапаном 8 для подсоса нагретого .теплоносителя из первой по ходу газов;;секции. Греющие трубы выполнены открытыми на торцах, посредством кото­ рых они сообщены с рабочим пространством нагревательной камеры. Двуводный гипс из бункера 2 через затвор-дозатор 1 и шнек 22 непре­ рывно поступает во вращающийся барабан 5, где подвергается тепло­ вой обработке в результате контакта с внутренней поверхностью барабана, поверхностью греющих труб 6 и 19, радиальных труб 4 и трубы-коллектора 7.

85

Рис. 43. Схема установки для первичного обжига гипса:

1 — затвор-дозатор; 2 — бункер; 3, 10 ■— огневая и отсасывающая секции; 4 — радиальны е трубки; 5 — вращающийся барабан; 6, 19 — пучки горизонтальных греющих труб; 7 — тру­ ба-коллектор; 8 — регулировочный клапан; 9 — вытяжной вентилятор: 11 — трубопровод; 12 — венец привода; 13 — эжектор; 14 — сепаратор: 15 — камера вы держки гипса; 16 — шнек выдачи готового продукта; 17 — бандажи опор: 18 — откидной клапан; 20 — патрубок;

21 — диафрагма; 22 — шнек подачи материала; 23 — полый вал.

Благодаря лопаткам материал хорошо перемешивается и равно­ мерно нагревается. Материал из барабана поступает в камеру 15 вы­ держки гипса, откуда забирается шнеком 16. Водяной пар из камеры выдержки через сепаратор 14 с помощью эжектора 13 частично пода­ ется на технологические нужды, частично по трубопроводу рецирку­ ляции 11 поступает через полый вал 23 шнека 22 в барабан 5. Нагре­ тые газы из первой секции нагревательной камеры 3, представляющей собой камеру сгорания с горелками, под действием вытяжного венти­ лятора 9 через пучки греющих труб 6 и 19, радиальные трубы 4 и сборную трубу-коллектор 7 поступают во вторую секцию нагрева­ тельной камеры. Газ поступает только в горизонтальные греющие трубы 4, которые погружены в материал, так как торцы остальных труб в это время закрыты откидными клапанами 18, срабатывающими под действием собственного веса.

Для регулировки температуры материала во второй секции осу­ ществляют подсос теплоносителя из первой секции через патрубки 20 и регулирующий клапан 8. В первой секции интенсивность тепловой обработки регулируется расходом топлива на горелки.

Индивидуальная регулировка параметров теплоносителя в каждой зоне позволяет создать необходимые условия для получения конеч­ ного продукта высокого качества. Этому способствует также равно­ мерный прогрев материала благодаря двухстороннему подводу и от­ воду теплоносителя в пучки греющих труб 6 и 19, усреднение темпера­ туры теплоносителя в сборной трубе-коллекторе 7.

Рециркуляция водяного пара из камеры выдержки гипса в зону загрузки материала позволяет увеличить парциальное давление во­ дяного пара в барабане и создать оптимальные термодинамические условия для получения p-полугидрата хорошей кристаллической структуры.

86

•Печь с непосредственным контактом газов с материалом.

••Печь с косвенным обогревом материала.

Благодаря применению откидного самозапорного клапана во вто­ рой секции улучшается степень использования теплоты и снижаются удельные энергозатраты.

Выполнение установки с двумя нагревательными секциями позво­ ляет установить промежуточную опору, не подвергая ее действию на­ гретых газов при наружном обогреве корпуса, что в свою очередь по­ зволяет увеличить допустимую длину барабана.

Сравнительная характеристика вращающихся печей для обжига гипса приведена в табл. 15.

Производительность печи 15 т/ч достигается при средней темпера­ туре в топке 720 °С, на выходе из первой зоны 380 °С, на выходе из печи 250 СС. Расчетная температура стенки барабана в первой зоне не превышает 370 °С. Это дает возможность использовать для изго­ товления стенки барабана сталь марки 09Г2С.

Г л а в а ш е с т а я

ФОРМОВОЧНЫЕ ГИПСОВЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ТОЧНОГО ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ

1. Планирование эксперимента в технологии литейной формы

Высококачественные гипсовые литейные формы для точного литья По выплавляемым и постоянным моделям позволяют обеспечить по­ вышение размерной точности отливок и сокращение отходов металла [72, 731. Особое значение такие формы имеют для ювелирной промыш­ ленности, где при литье тонкостенных миниатюрных заготовок из сплавов золота и серебра до настоящего времени применялись дорого­ стоящие импортные кристобалито-гипсовые формовочные смеси [74]. Используя технологию получения высокопрочного гипса, разработан­ ную в ИТТФ АН УССР, можно оптимизировать свойства отечествен­ ной динасо-гипсовой формовочной массы «Ювелирная». Задача сво­ дится к экспериментальному поиску оптимальных значений рецеп­ турно-технологических и теплофизических факторов, к которым от­ носятся [75] содержание гипса С = gt!{gc + g j в порошковой части

87

Х 1Х г может оказаться значимым.

По результатам эксперимента, проведенного по плану табл. 17, «определены коэффициенты уравнений регрессии

.в процессе оптимизации требование к выбиваемости, ухудшающейся с

ные для смеси «Инвестрайт».

В результате расчетов и проверки значимости коэффициентов регресии и адекватности линейного описания по числам Стьюдента и Фи­

—1,34*1 + 1,13*2 —1,32*1*2.

При комплексной оценке качества формовочной смеси, в отличие от традиционной частной оценки — по прочности после прокаливания,

90