CN102729326B

CN102729326B - 发泡水泥产品自动生产设备及生产工艺

Info

Publication number: CN102729326B
Application number: CN201210216396.4A
Authority: CN
Inventors: 冯隆; 王仁忠
Original assignee: BEIJING HENGJIAYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HENGJIAYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102729326A

Abstract

本发明涉及一种自动化连续生产发泡水泥产品的设备，以及利用所述设备连续生产发泡水泥产品的工艺和由该设备和工艺生产得到的发泡水泥产品，本发明的设备具有占地小、可靠性高、造价低、生产效率高的特点。

Description

发泡水泥产品自动生产设备及生产工艺

技术领域

本发明涉及了新型发泡水泥产品自动生产设备、其生产工艺和配方，具体而言，本发明涉及一种在普通发泡水泥中掺入空心微珠的新型发泡水泥产品生产设备、其生产工艺和配方。利用本发明的生产设备、工艺和配比所生产的发泡水泥产品可广泛应用于工业与民用建筑的内外墙、层面、地面等部位的保温隔热、隔音、防火等用途。也可用于各种特殊部位的保温或隔热用途。

背景技术

当前随着全球节能减排工作的不断发展，建筑节能也越来越受到重视。在我国建筑能耗已占到总能耗的30%左右，因此建筑节能工作也是节能减排的重点，而建筑保温是建筑节能的重要一环。目前，建筑内外墙保温板大致分有机类和无机类两大类；有机类产品大多保温性能好，容重轻，但防火性能差；无机类产品防火性能好，但保温性能差，容重高，施工难度大。因此无机类保温产品提高保温性能，降低导热系数，同时降低其容重变得十分重要。

目前使用较为广泛的无机类保温产品可分为岩棉产品、发泡玻璃、发泡陶瓷、非金属矿产品类(膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等)及发泡水泥等几大类。下面分别将几类产品的对比如下：

由上表可看出，发泡水泥类产品以其投入小，能耗低、节能减排效果好，产品性价比高，在无机保温材料的市场份额越来越大。

发泡水泥技术起源于20世纪六十年代，它与上世纪五十年代所出现的加气混凝土技术有着较大的区别。发泡水泥类产品在过去几十年中，由于市场需求量很小，故该技术至今尚无重大改进，仍停留在当年的水平；而加气混凝土则由于其大量的应用，其生产技术装备等已有了突飞猛进的改进。

发泡水泥系由水泥(普通水泥或特种水泥)、粉煤灰、外加剂、发泡剂加水搅拌混合后使混合料浆中马上会产生大量气体，经一段时间(通常几小时)水泥凝结后形成了多孔轻质材料，再经硬化后切割而制成的保温板材。

通过以下示意图及文字描述可了解现有的发泡水泥产品工艺及设备现状。

如图1所示，上料斗2中为按一定配比的水泥、粉煤灰及粉状的外加剂，由2提升并加入到一级搅拌仓1中，平台上的操作工人7将水及液态外加剂加入1中并启动搅拌，搅拌均匀(一般十分钟)后，将拌好的料浆倒入带有二次搅拌的轨道车4中进行二次搅拌，二次搅拌后由操作工人8人工加入发泡剂同时搅拌10秒钟以内的时间，迅速将4中的料浆浇入模箱6中的任何一个，至此完成最近处一个模箱的浇注程序。如上述循环操作，区别在于二次搅拌轨道车4在下一次操作时需移动到下一个空置的模箱位置，浇注完第二个模箱后，需马上返回到原始的固定操作平台3的位置，重新接受1的给料，进行下一个位置的浇注，操作工人8需始终在轨道车4上进行操作。

浇注至模箱内的料浆需在浇注后4-6小时不等的时间后，由人工拆除模箱四个立板，用小车推走已经硬化了的发泡体(半成品)，然后进入到切割工序及包装工序。

上述的工艺设备生产线存在以下缺陷：

1、间歇式生产、生产效率低下：轨道车4往复行走只有一半的时间在工作，且越在远端时，空置的时间越久，无用功越多，此时其它设备及操作工全部闲置等待4的到位，才能进行下一个模箱的浇注过程。

2、生产厂房占地过大：固定平台、固定轨道及两侧大量的模箱所占场地过大，而大多数厂地并没有直接用于生产。

3、浪费大：由于生产效率低下，造成了厂地、设备、人员、电耗的大量浪费，并增加了产品成本。

4、用工定额过大、劳动生产率低下，机械自动化程度极低。

5、发泡体(半成品)硬化脱模时间过长(4-6小时)、周转时间也长，导致了模箱数量大大增加，既使模箱投资增大，也使占地面积增大。

6、由于产能低下，难以形成规模化生产。

综上所述，目前的发泡水泥产品生产技术，由于装备水平低下，工艺配比导致脱模时间过长(最长达6小时)，导致生产效率极低，同时由于过多依赖人工操作，因此其所生产的产品的性能指标难以保证稳定均匀，故此急待改进。

发明内容

本发明正是基于上述发泡水泥产品现有生产技术的种种缺陷，从工艺、设备、生产配比三个方面实现了根本上的变革。

1、上塔下盘式发泡水泥产品自动连续设备；

2、能在50分钟内实现脱模的发泡水泥产品工艺配比；

3、在工艺配比中加入空心微珠用以补偿产品的强度，同时降低产品容重，提高保温性能。

本发明提供了一种自动化连续生产发泡水泥产品的设备，包括自动旋转搅拌塔架、盘式自动旋转模箱盘架和电子秤配料系统，其中所述自动旋转搅拌塔架包括塔盘、搅拌罐和电机减速机及转轴；在电机减速机及转轴的驱动下，塔盘可均速、间歇变速旋转，塔盘上均匀分布着多个搅拌罐，每个搅拌罐均有独立的立轴式搅拌杆及驱动装置，底部均装有专用卸料阀门；所述电子秤配料系统位于塔架上方，能将物料加入到搅拌罐；所述盘式自动旋转模箱盘架位于塔架下方，包括起支撑作用的圆盘；圆盘底部装有环形轻轨，环形轻轨的下面由转轮支撑并驱动轨道转动，在整个圆盘上均匀分布着多个模箱，每个模箱的箱底板为活动联接，其四块立板则整体固定在圆盘结构上，整个圆盘及模箱在驱动装置的驱动下旋转；其中装有顶升装置的地坑位于圆盘下方，机械抓举装置位于圆盘上方，所述顶升装置能将模箱中的发泡体顶起，由机械抓举装置抓举发泡体。

本发明还涉及用于所述自动化连续生产发泡水泥产品的设备以连续生产发泡水泥产品的工艺，其包括以下步骤：

步骤1，当塔架间歇式旋转停顿时，电子秤配料系统向处于加料位置的搅拌罐中加入物料和水，搅拌罐开始自动搅拌，加料完毕后整个塔架开始旋转；

步骤2，当上述搅拌罐旋转至模箱上方卸料位置时，搅拌已充分均匀，此时加入发泡剂，再搅拌，随后下部阀门开启，将全部物料料浆放入到其下部盘架上的模箱内，之后搅拌罐继续旋转回到加料位置，完成一个循环周期；

步骤3，处于接受物料位置的模箱在接受完物料后，旋转至下一工位位置后开始发泡，另一个模箱转至接受物料的位置，接受来自搅拌罐的物料卸料，圆盘上的模箱依次旋转至接受物料的位置重复上述接受物料的步骤；

步骤4，当模箱转至地坑上方时，进行脱模工序，此时位于地坑中的顶升装置启动，将模箱底板及已完成发泡并硬化的发泡体向上顶起，机械抓举装置将发泡体抓举并放到传送带上；同时顶升装置退回并将模箱底板送回原位；

步骤5，随后圆盘继续间歇转动，模箱转至下一工位进行检查、清理、涂抹脱模剂，当进入接受物料位置时开始第二个循环。

本发明还涉及由上述工艺得到的发泡水泥产品，本发明的发泡水泥产品具有以下性能：干体积密度介于120-200kg/m3之间，抗压强度介于0.3-0.5MPa之间，导热系数介于0.04-0.05w/m.k之间，拉拔强度介于0.08-0.20MPa之间。

附图说明

本领域技术人员能够理解，附图仅为描述本发明的目的，而并非用于限定本发明的范围。

图1是描述了现有技术中典型的发泡水泥产品生产工艺设备的示意图。

图2是本发明的发泡水泥产品自动生产工艺设备的示意图。

具体实施方式

以上参考附图对本发明进行更加详细的说明，附图仅为说明性的目的，而并非用于限定本发明。

一.生产工艺装备

本发明的工艺装备用图2及文字加以说明如下：

如图2所示：A1-A4为自动旋转搅拌塔架(简称上塔)，其中A1为金属结构构成的塔盘，在电机减速机及转轴A3的驱动下，整个塔盘可均速、间歇变速旋转；塔盘上均匀分布着多个搅拌罐A2，每个搅拌罐均有独立的立轴式搅拌杆及驱动装置，所述搅拌罐的数目可以为2至10个，优选为3-8个，更优选为4-6个，最优选为6个。由电子秤配料系统C将粉状物料及液态物料按工艺配比自动加入到搅拌罐A2中，其中发泡剂为单独且最后加入的液料。在每个搅拌罐的底部均装有专用卸料阀门A4。

B1-B7为盘式自动旋转模箱盘架(简称为下盘架)，其中B1为金属结构的圆盘，支撑着整个结构；圆盘底部装有环形轻轨B5，B5的下面由多组转轮B4支撑并驱动轨道以实现平稳的转动。在整个圆盘上均匀分布着多个模箱B3，所述模箱的数目可以为9至48个，优选为12-36个，更优选为18-30个，最优选为24个。每个模箱的箱底板为活动联接，其四块立板则整体固定在圆盘结构上；整个圆盘及模箱在驱动装置的驱动下可实现缓慢、均速、间歇式可调速的旋转。另外在圆盘下方有一地坑，地坑中装有气动或液压顶升装置B6，其作用是当模箱旋转转到地坑上方并间歇停顿时，B6将模箱的底板及模箱内的发泡体一起顶升到高于模箱的立板高度B7，然后由一机械抓举装置(图中未示出)将发泡体抓举到输送带(图中未示出)上准备进入切割工序。

二.自动连续生产过程

在描述生产过程前，必须对本发明的配套技术——工艺配比进行阐述。在传统发泡水泥技术中，发泡体的脱模时间一般为4-6小时，仅此一点就根本不可能在本发明设备上实现生产。为实现本发明设备的正常生产，通过掺加多种外加剂把脱模时间调整为50分钟以内(具体工艺配比后叙)，以实现自动、连续地生产，其生产过程如下(如图2所示)：当自动旋转搅拌塔架(间歇式旋转)停顿时，自动配料系统C将向处于加料位置A2-1位置的搅拌罐中加入物料(含外加剂)及水，此时该搅拌罐开始自动搅拌，加料完毕后整个塔架开始顺时针旋转；当之前处于A2-6位置的搅拌罐转到前述加料位置A2-1位置时，重复上述加料程序及搅拌，加料完毕后塔架重复上述旋转，如此循环重复。当最初处于A2-1位置的搅拌罐旋转至如图卸料位置A2-6位置时，搅拌已充分均匀，在此位置自动加入发泡剂，再搅拌4-12秒钟，优选为6-10秒钟，最优选为8秒钟，然后此搅拌罐的下部卸料阀门自动开启，将全部物料料浆放入到其下部盘架上的接受物料位置B3-1位置处的模箱内，之后此搅拌罐再由卸料位置A2-6位置转至加料位置A2-1位置，完成一个循环。上述过程中，塔架也可以逆时针旋转。塔架上多个搅拌罐周而复始循环就形成了“加料——搅拌——加入发泡剂——卸料至模箱”的连续自动生产。

在塔架周而复始的循环并卸料过程中，下面的盘式自动旋转模箱盘架也在间歇式的旋转，同时每个模箱接取来自塔架搅拌罐的卸料。通过计算给料量，每个搅拌罐的全部卸料数量，小于或等于一个模箱所需的物料量。位于下盘架上的接受物料位置B3-1工位位置的模箱在接受完物料后，沿顺时针方向旋转至下一个B3-2工位位置后开始发泡，而原处于B3-24工位位置的模箱转至B3-1工位位置时将接受来自搅拌罐的物料卸料，并随后转至下一位工位位置；在整个下盘架的间歇式转动过程中，当模箱转至地坑上方时，可以进行脱模工序，此时位于地坑中的顶升装置启动，将模箱底板及已发泡并硬化的发泡体向上顶升至如图B7位置时，机械抓举装置(图中未示出)将发泡体抓举并放到传送带(图中未示出)上进行切割准备；同时顶升装置退回并将模箱底板送回原位。随后下盘架继续间歇转动，已取出其中发泡体的模箱转至下一工位位置进行检查、清理、涂抹脱模剂，继续旋转进入到B3-24工位位置时为下一次接料做好准备，当继续旋转进入B3-1工位位置时开始第二个循环。上述过程中，盘架也可以逆时针旋转。至此，本发明的上塔下盘式水泥发泡自动连续生产线可实现连续、稳定、自动、可靠的运行。

三.工艺配比

结合本发明的生产线特点，其工艺配比必须同时具备以下要求：

1、脱模时间须在2小时以内，优选为1.5小时以内，更优选为1小时以内，最优选为50分钟以内，所述脱模时间是指从发泡开始计时到模箱中已经硬化的发泡体被顶出模箱为止，否则模箱数量需大大增加，这就会造成下盘架所承载的模箱数量过多而导致其直径过大，重量增加，而使传动结构、动力等大大增加。从而使设备造价过高。

2、多种外加剂组合使用：由于脱模时间比传统发泡技术至少缩短8倍，因此在传统的发泡水泥外加剂基础上还需掺入多种快凝剂(近似闪凝)，快硬剂、早强剂、发泡催化剂等，促成发泡快、用时短；但发泡过快而胶凝剂(水泥)没有足够的早期强度及早期硬化时，极易产生“塌泡”而无法生产；反之，如果发泡快、水泥早强快硬时间过短，又会造成料浆还没有卸出料罐已经硬化在料罐内的情形，也无法实现正常生产。因此发泡时间及水泥早强快硬时间与生产线设备操作时间必须匹配才能有效生产。

3、补偿产品强度、降低产品容重：众所周知无论使用何种外加剂，无机胶凝材料(水泥)的早期强度也不可能完全达到其最终(28天)强度，且其龄期越短，强度发挥比例越低。特别是在本发明的配比中将水泥的早期强度和硬化时间已调至近乎“闪凝”，因此强度损失很大，如果不采取其它措施想要保证应有的强度，必须减少发泡比例，这样会造成最终产品(发泡水泥产品)的容重增大，保温效果变差。为此，在本发明的工艺配比中加入以总重量计5-40%，优选10-30%，更优选为15-25%，最优选为20%的空心微珠来补偿产品的强度，降低产品的容重。空心微珠材料是一种球形、空心、闭孔，内部包裹了气体的细小玻璃球体，它的物理化学性能见表1和表2，具有粒径小、质轻、中空、

隔热、闭孔、隔音、耐火、耐压、硬度高、无团聚及分散性好等特性。

表1空心微珠的物理性能

表2空心微珠的化学成分

化学成分

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

TiO₂

MgO

CaO

K₂O

loss

含量(%)

≥55

≥31

≤3

≥1.1

≥1

≥2

≥1

≤1

空心微珠因粒径不同,其容重、导热系数、强度也有所不同。本发明利用空心微珠不同粒径的特性，可生产出多种指标组合下的发泡水泥产品，例如发泡水泥保温板。

本发明的工艺配比是在普通发泡水泥的配比中加空心微珠，取代原配比中一部分水泥及粉煤灰，其作用是利用空心微珠的中空、闭口、粒径小、轻质、隔热、耐火、耐压、硬度高、低导热系数等一系列特性，使得在此配比下的发泡水泥产品比原配比下的产品具有更高的强度，更低的容重和导热系数。

在本发明的一个实施方式中，工艺配比总重量计，其由以下的成分组成：

空心微珠 5%-40%

胶凝材料 50%-90%

添加剂 2.0%-20%

其中，所述空心微珠的粒径80-850μm，所述胶凝材料为水泥，所述添加剂包括：粉煤灰、纤维材料、防水剂、减水剂、早强剂、快凝剂、催化剂以及发泡剂等。

在本发明中，可以使用的防水剂、减水剂、早强剂、快凝剂包括市售的和本公司配制的本领域内常见的试剂，可以使用的发泡剂包括双氧水等，可以使用的纤维材料包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维等。

至此，本发明的自动化生产线及工艺配比是互相依托而形成的，它具有如下的突出优点：

1、实现连续，自动化高效生产发泡水泥产品的生产线及工艺设计，紧凑先进合理，可靠性高，造价低，生产效率高，从根本上区别传统型或其它型的发泡水泥产品生产线设备。

2、占地面积大大缩小，产能极大提高，岗位用工减少50%以上，本发明“上塔下盘”发泡设备部分总占地面积约90m²，年产发泡水泥产品12万立方米。“上塔下盘”部分岗位定员3人；而传统发泡设备在同产能时占地面积约700m²，岗位用工人数12人。

3、工艺配比先进合理，生产成品性价比高。配比中早强剂、快硬剂的合理配比及充分发挥作用，使脱模时间缩短至50分钟以内，不仅使生产线可实现连续化，自动化生产，提高产能，降低占地及用工人数，更重要的是配比中加入空心微珠对产品实行“补强”和“降低容重”使产品性价比大大提高，在本工艺配比下，所产产品性能指标如下：

序号	项目	单位	性能指标
				1	干体积密度	Kg/m³	≤200
2	导热系数	w/m·k	≤0.05
				3	吸水率(v/v)	%	≤10
4	干缩值	mm/m	≤0.70
				5	抗压强度	Mpa	≥0.30
6	拉拔强度	Mpa	≥0.08
				7	燃烧性能	—	A1

表中第1、2、5、6项是其它发泡水泥产品不可兼得的技术指标。

实施例

实施例1：

以下是生产发泡水泥产品保温板的一种具体配比，以总重量计，

按照上述配比，利用本发明的设备，依照本发明的工艺生产得到的发泡水泥产品经检测具有以下的性能指标：

序号	项目	单位	性能指标
				1	干体积密度	Kg/m³	169
2	导热系数	w/m·k	0.047
				3	吸水率(v/v)	%	6.5
4	干缩值	mm/m	0.56
				5	抗压强度	Mpa	0.31
6	拉拔强度	Mpa	0.12
				7	燃烧性能	—	A1

Claims

1.一种自动化连续生产发泡水泥产品的设备，包括自动旋转搅拌塔架、盘式自动旋转模箱盘架和电子秤配料系统，其中所述自动旋转搅拌塔架包括塔盘、搅拌罐和电机减速机及转轴；在电机减速机及转轴的驱动下，塔盘可均速、间歇变速旋转，塔盘上均匀分布着多个搅拌罐，每个搅拌罐均有独立的立轴式搅拌杆及驱动装置，底部均装有专用卸料阀门；所述电子秤配料系统位于塔架上方，能将物料加入到搅拌罐；所述盘式自动旋转模箱盘架位于塔架下方，包括起支撑作用的圆盘；圆盘底部装有环形轻轨，环形轻轨的下面由转轮支撑并驱动轨道转动，在整个圆盘上均匀分布着多个模箱，每个模箱的箱底板为活动联接，其四块立板则整体固定在圆盘结构上，整个圆盘及模箱在驱动装置的驱动下旋转；其中装有顶升装置的地坑位于圆盘下方，机械抓举装置位于圆盘上方，所述顶升装置能将模箱中的发泡体顶起，由机械抓举装置抓举发泡体。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述塔盘上均匀分布着2-10个搅拌罐；且所述圆盘上均匀分布着9-48个模箱。

3.用于权利要求1所述的自动化连续生产发泡水泥产品的设备自动化连续生产发泡水泥产品的工艺，其包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的工艺，其中所述塔架顺时针或者逆时针旋转；且所述盘架顺时针或者逆时针旋转。

5.如权利要求3所述的工艺，其中所加入的物料中含有5-40%的空心微珠。

6.如权利要求5所述的工艺，其中所述空心微珠是人工烧结的空心微珠，或者是获得自粉煤灰中的空心珠形、闭孔、隔热、耐火的空心微珠。

7.如权利要求3所述的工艺，其中在所述步骤3中脱模时间在50分钟以内。

8.如权利要求3所述的工艺，其中以总重量计，加入的物料配比如下所示：

空心微珠 5%-40%

胶凝材料 50%-90%

添加剂 2.0%-20%。

9.如权利要求3所述的工艺，其中以总重量计，加入的物料配比如下所示：

10.由权利要求3所述的工艺生产得到的发泡水泥产品，其中以总重量计，加入的物料配比如下所示：

空心微珠 5%-40%

胶凝材料 50%-90%

添加剂 2.0%-20%。