2.Разработка технологической схемы.

Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Имеется несколько технологических схем производства гипсового вяжущего: в одних помол предшествует обжигу, в других помол производится после обжига, а в третьих помол и обжиг совмещаются в одном аппарате. Последний способ получил название обжига гипса во взвешенном состоянии. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

Наиболее распространена схема производства гипсового вяжущего с применением варочных котлов.

Технологический процесс состоит из отдельных стадий производства:

1-дробления исходного сырья

2-его помола и сушки

3- обжига гипсовой мучки в котлах гипсоварочных

Технологическая схема производства гипсового вяжущего с применением варочных котлов

1 — мостовой грейферный кран;

2 — бункер гипсового камня;

3 — лотковый питатель;

4 — щековая дробилка;

5 — ленточные транспортеры;

6 — бункер гипсового щебня;

7 — тарельчатый питатель;

8 — шахтная мельница;

9 — сдвоенный циклон;

10 — батарея циклонов;

11 — вентилятор;

12 — рукавные фильтры;

13 — пылеосадительная камера;

14 — шнеки;

15 — бункер сырого молотого гипса;

16 —камера томления;

17 — гипсоварочный котел;

18 — элеватор;

19 — бункер готового гипса;

20 — скребковый транспортер

Строительный гипс с применением гипсоварочных котлов получают по следую­щей технологической схеме. Гипсовый камень до­ставляют обычно из рудников и карьеров в кусках и глы­бах размером до 300—500 мм (реже в виде щебня фракций 10—50 см), что вызывает необходимость его дробления. Осуществляется дробление в две или в одну стадию в щековых и молотковых дробилках. Первые, обычно приме­няют при двухстадийном дроблении для первичного из­мельчения гипсового камня до кусков размером 30—50 мм; молотковые дробилки используют, как правило, для вто­ричного дробления кусков в мелкий щебень размером до 10—15 мм. Более экономично дробление гипсового камня в одну стадию в крупных молотковых дробилках до кус­ков 0—25 мм.

Тонкое измельчение гипсового щебня осуществляют в шахтных, ролико-маятниковых и других мельницах. При выборе мельниц для измельчения двуводного гипса сле­дует учитывать, необходимость получения порошка, ча­стицы которого имели бы кубическую форму, а не лещадную. Этого в значительной степени удается достичь в дро­билках и мельницах, измельчающих материал ударным воздействием. При кубической форме обеспечивается наибо­лее быстрое и равномерное удаление гидратной воды из кристаллов гипса.

После выхода из мельниц газопылевую смесь направ­ляют в систему пылеочистительных устройств, в кото­рых из газового потока осаждается гипсовый порошок. От эффективности работы пылеосадительных устройств в значительной мере зависят санитарные условия на заводе и на прилегающей к нему территории, а также производ­ственные потери. Поэтому на современных гипсовых заво­дах устанавливают многоступенчатые системы очистки.

На первой ступени улавливаются крупные частицы, на второй осаждаются тонкие фракции и, наконец, на послед­ней ступени газы очищаются от мельчайших частиц. На первой ступени применяют циклоны и иногда пылеосади-тельные камеры, на второй — циклоны и батарейные цик­лоны и для окончательной очистки — электрофильтры.

Циклоны — более эффективное пылеосадительное уст­ройство. Они имеют верхнюю цилиндрическую и нижнюю коническую части. Запыленные газы подводятся по каса­тельной в верхней части циклона через входной патрубок. В циклоне газовый поток приобретает вращательное дви­жение. При этом взвешенные частицы пыли под действи­ем центробежной силы отбрасываются на внутреннюю по­верхность цилиндра и по ней соскальзывают в коническую часть — пылесборник. Коэффициент очистки газов цик­лонами при концентрации гипсовой пыли 600—700 г/м³ достигает 95% и понижается до 60% при концентрации 10 г/м³.

Из всех типов пылеуловителей, применяемых в гипсо­вой промышленности, циклоны имеют самую простую кон­струкцию и наиболее надежны в работе. Температура очи­щаемых в них газов может достигать 400° С.

Батарейные циклоны. В тех случаях, когда необходимо очищать большие объемы газа, содержащего тонкую пыль, вместо одного или двух циклонов большого диаметра уста­навливают группы параллельно соединенных циклонов малого диаметра. НИИОГазом разработаны конструкции очистных устройств, состоящих из 2, 4, 6 и 8 циклонов ди­аметром от 200 до 1100 мм. Так как значение центробеж­ной силы, создаваемой в циклоне, обратно пропорцио­нально его радиусу, объединение циклонов меньшего диа­метра в секции дает возможность, не уменьшая их произ­водительности, довести степень очистки газов в батарей­ных циклонах до 80—98%.

Обжиг гипса в варочных котлах. Осажденный в системе пылеочистки гипсовый порошок поступает в расходные бункера, из которых направляется в варочные котлы. В процессе обжига получают продукт, состоящий из полуводного гипса иногда с небольшим коли­чеством примесей других модификаций водного и безвод­ного сульфата кальция. Необходимо иметь в виду, что на­личие в продукте двугидрата (даже 1—2%), а также обезво­женного полугидрата и растворимого ангидрита способст­вует значительному увеличению его водопотребности и, следовательно, снижению прочностных показателей.

Варочный котел представляет собой вертикаль­ный стальной барабан 1 с разборным сферическим днищем 10, состоящим из чугунных сегментов. Разборное днище лучше выдерживает напряжения, возникающие при местном перегреве, а при износе отдельные его части легко заменя­ются новыми элементам и для перемешивания гипса в процессе варки котел снаб­жен мешалкой, состоящей из вертикального вала 12, ло­пастей 11 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 газы из топок варочных котлов направляют в 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. Продолжительностьпроцесса варки зависит от размеров котла, температуры и степени влажности и частичной дегидратации поступаю­щего в него гипса. Обычно продолжительность варки колеб­лется от 1 до 3 ч, при этом в первые 20—30 мин гипс нагре^ вается от температуры 60—70° С, которую он имел при загрузке в варочный котел, до. 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 начинаетсядальнейший подъем температуры, и по мере прекращения парообразования гипс оседает.

Нагревание материала с подъемом температуры до 170— 200° С может привести к обезвоживанию полуводного 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 пульверизи­руется непосредственно в котел. При добавке соли в количе­стве 0,1—0,15% массы гипса нормальная густота снижает­ся до 45—50%, а прочность продукта увеличивается с 10— 12 до 15 МПа и более.

Полученный полуводный гипс из котла через люк 9 о 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 физического тепла, содержащегося 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; предполагается выпуск котлов емкостью 25 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. Нагревание гипсово­го порошка в установке осуществляется с помощью электро­нагревателей, размещенных на наружной поверхности вин­тового конвейера и внутри вала. В первой секции электро­нагревателя поддерживается температура греющей поверх­ности около 300° С и обеспечивается быстрый прогрев поступающего в установку гипсового порошка до температу­ры дегидратации (115—125° С); в следующих секциях тем­пература греющей поверхности 220° С, материала — около 150° С, что почти исключает образование обезвоженных мо­дификаций сернокислого кальция. Пар, образующийся при дегидратации гипса, отводят из установки через трубки с вентилями, что позволяет регулировать количество отводи­мого пара на каждом участке и создавать условия для пре­имущественного образования а-модификации полугидрата и сушки готового продукта.

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. Поэтому при строительстве но­вых заводов предусматривается установка только этих кот­лов.

Для улучшения качества готовой продукции на отдель­ных заводах после обжига в варочных котлах гипс подвер­гают вторичному помолу в шаровых мельницах. При этом обнажающиеся при помоле необезвоженные ядра частиц гипса под влиянием тепла, выделяющегося от трения и уда­ров шаров, дегидратируются, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидратируются 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 составляет 40—45 кг, электроэнергии — 20 — 25 кВт-ч на 1 т.

Данный способ получил наибольшее распространение в промышленности. Капиталовложения в этом случае со­ставляют 20—25 руб. на 1 т вяжущего.