DE69918474T2

DE69918474T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Mischung von Gipskalk

Info

Publication number: DE69918474T2
Application number: DE69918474T
Authority: DE
Inventors: Steven Burdett Elsinore Johnson; Charles Allen Naperville Whittington; Lyle Dee Elsinore Fullmer
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: EP0933180B1; CA2258182A1; JPH11314219A; EP0933180A3; CA2258182C; DE69918474D1; AU761854B2; JP4316713B2; AU1133799A; EP0933180A2; US6059444A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von kalziniertem Gips (Kalziumsulfathalbhydrat und/oder -anhydrit, mitunter als Stuck bezeichnet). Insbesondere betrifft die Erfindung einen Mischer, der Hochdruckwasser nutzt, um das Problem von Gipsklumpen zu beseitigen bzw. deutlich zu verringern, die sich innerhalb des Mischers bilden und entweder den Mischer verstopfen oder ausgetragen werden und Papierbruch hervorrufen, wenn die kalzinierte Gipsaufschlemmung, die die Klumpen enthält, verwendet wird, um den Gipskern in einem Gipswandplattenerzeugnis zu bilden.
HINTERGRUND
Beim Mischen von kalziniertem Gips, insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Wandplatten, ist es wichtig, dass der kalzinierte Gips, der den Kern bildet, derart gemischt wird, dass ein Wandplattenerzeugnis gewonnen wird, in dem der Gipskern relativ leichtgewichtig, ist. Der Kern besteht prinzipiell aus stabilisiertem Gips, der zubereitet und gemischt wurde mit einer abgemessenen Wassermenge sowie weiteren Zusatzstoffen, wie etwa Fasern und Tensiden, wodurch der resultierende Gipskern poröse oder zelluläre Struktur aufweist, um ein Wandplattenerzeugnis zu gewinnen, das relativ leichtgewichtig in Übereinstimmung mit industrieller Praxis ist. Wenn die kalzinierte Gipsaufschlemmung den Mischer verlässt und Gipsklumpen enthält, und wenn die Aufschlemmung einer Plattenmaschine zur Einführung zwischen Papierabdeckbahnen zugeführt wird, können die Gipsklumpen dazu führen, dass die Papierbahnen zerbrechen, was ein Anhalten der Plat tenmaschine erforderlich macht, um die zerbrochenen Papierbahnen zu entfernen und/oder die Gipsaufschlemmung zu reinigen, die durch die zerbrochenen Bahnen weiterhin auf die Plattenmaschine verspritzt werden kann.
Das Problem der Klumpenbildung im Mischer ist ein seit langem existierendes Problem, das bislang über die zahlreichen Jahre der Gipswandplattenherstellung nicht vollständig überwunden worden ist. Wie in dem US-Patent Nr. 2600416 offenbart, wurde ein Mischer mit einem selbst reinigendem Austragtor entwickelt und außerdem wurden Kratzmittel verwendet, um bestimmte Oberflächen kontinuierlich abzukratzen, auf denen sich Gipsmaterial üblicherweise aufbauen würde. Dies wurde mit der Absicht unternommen, ein merkliches Anwachsen von Material zu verhindern, wodurch große Klumpen gebildet werden, die, wenn sie der Plattenbildungsmaschine zugeführt werden, defekte Platten hervorrufen. Dies stellte ein fortgesetzt existierendes Problem dar, da nicht sämtliche Flächen des Mischers, auf denen sich Material aufbauen kann, abgekratzt werden konnten.
Außerdem diskutiert das US-Patent Nr. 2805051 das Problem von "abgesetzten" Pflastern, die an den Wandungen des Mischbehälters, an Mischschaufeln und anderen Flächen haften, mit denen sie in Kontakt kommen, unter Bildung einer harten massiven Masse, die die Maschine verstopft oder den Betrieb der Anlage anderweitig stört.
Der Mischer gemäß dieser Erfindung bildet einen so genannten "kontinuierlichen Mischer", d. h., einen Mischer, in dem die Bestandteile in zugemessenen Mengen und im korrekten Anteil kontinuierlich zugeführt werden. Die verschiedenen Bestandteile werden kontinuierlich gemischt und kontinuierlich aus dem Mischer als kalzinierter Gips oder Stuckaufschlemmung zur Einführung zwischen den Papierabdeckbahnen auf einer Wandplattenbildungsmaschine ausgetragen.
Im Gegensatz hierzu offenbart das US-Patent Nr. 4194925 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Waschen von Mischcontainern mit Hochdruckwasser. Der in diesem Patent offenbarte Mischprozess stellt jedoch einen Chargenarbeitsablauf dar, demnach das Waschen nach dem Mischprozess stattfindet.
Der Stand der Technik gemäß beispielsweise dem US-Patent Nr. 5683635 lehrt außerdem die Verwendung einer Vorrichtung in dem Mischer, die mitunter als "Klumpenring" bezeichnet wird. Sie unterstützt die Mischwirkung des Mischers und dient dazu, zu verhindern, dass Gipsklumpen aus dem Mischer mit der kalzinierten Gipsmischung ausgetragen werden. Der Klumpenring besteht aus zwei Ringen, einem stationären und einem weiteren, sich drehenden Ring mit einem schmalen Spalt von 3,2 bis 6,4 mm (ein achtel bis ein viertel Inch), um zu verhindern, dass Klumpen zum Austragtor gelangen. In einem Ehrsam-Mischer sind die sich drehenden Mischerzähne jedoch außerhalb des Klumpenrings angeordnet und es wurde entdeckt, dass sich Gipsklumpen in Verbindung mit den Mischerzähnen und dem Rotorkörper bilden. Diese Klumpen werden häufig in die kalzinierte Gipsaufschlemmung überführt, was zu einem darauf folgenden Papierabdeckungsbahnbruch führt.
Die US 4995729 offenbart eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Wie vorstehend offenbart, handelt es sich bei dem Mischer gemäß dieser Erfindung um einen kontinuierlichen Mischer, in welchem ein effektiver Anteil von Wasser in Bezug auf kalzinierten Gips ermittelt worden ist und eine zugemessene Was sermenge dem Mischer zugeführt wird. In einem kontinuierlichen Mischer wird eine Reihe von Niederdruckwasserstrahlen verwendet, um die zugemessene Wassermenge in den kalzinierten Gips in dem Mischer zuzumessen. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Anteil des zugemessenen Wassers von der zu den Niederdruckwasserdüsen führenden Leitung abgeteilt und durch eine Druckwascherpumpe oder eine andere Druckerzeugungseinrichtung geleitet, um Hochdruckwasser zu bilden. Dieses Hochdruckwasser wird einer oder mehreren Düsen zugeführt, die so ausgerichtet sind, dass sie die Flächen des Mischers reinigen, an denen sich Material zur Bildung von Klumpen aufbaut. Zumindest eine Hochdruckdüse richtet einen Wasserstrahl zu der Verbindung der Zähne mit dem Rotorkörper. Eine zweite Hochdruckdüse kann ebenfalls einen Wasserstrahl auf die Fläche des sich drehenden Klumpenrings richten.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Mischen von kalziniertem Gips zu schaffen, wobei die Bildung von Gipsklumpen deutlich verringert wird durch Sprühen bzw.. Spritzen von Hochdruckwasser auf die Flächen, auf denen sich die Gipsklumpen bilden können.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Mischen von kalziniertem Gips zu schaffen, wobei Hochdruckwasser in Richtung auf die Verbindung der Rotorzähne mit dem Rotorkörper gesprüht bzw. gespritzt wird.
Eine noch weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Mischen von kalziniertem Gips mit zwei Hochdruckwasserdüsen zu schaffen, wobei eine Düse einen Wasserstrahl in Richtung auf die Verbindung der Rotorzähne mit dem Rotorkörper richtet, während die weitere Düse einen Was serstrahl in Richtung auf den sich drehenden Klumpenring richtet.
Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum kontinuierlichem Mischen von kalziniertem Gips zu schaffen, wobei eine zugemessene Wassermenge in den kalzinierten Gips durch sowohl Niederdruckdüsen wie zumindest eine Hochdruckdüse eingetragen wird.
Eine die Erfindung verkörpernde Vorrichtung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Mischervorrichtung, wobei ein Teil der Abdeckung weggebrochen ist, um die Rotorzähne und einen drehbaren Klumpenring sichtbar zu machen;
2 zeigt eine Querschnittsansicht der Mischervorrichtung entlang der Linie 2-2 von 1;
3 zeigt eine Draufsicht eines Segments der Abdeckung der erfindungsgemäßen Mischervorrichtung; und
4 zeigt eine Draufsicht des Rotors der erfindungsgemäßen Mischervorrichtung unter Darstellung der Position von Hochdruckwasserstrahldüsen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von kalziniertem Gips durch Zubereiten einer kalzinierten Gipsaufschlemmung und Austragen der Aufschlemmung zwischen Papierabdeckbahnen auf einer Wandplattenbildungsmaschine.
Wie vorstehend angesprochen, handelt es sich um einen kontinuierlichen Mischer. Die nachfolgend diskutierten Zeichnungen zeigen einen Ehrsam-Mischer; von anderen Herstellern hergestellte Mischer können jedoch die erfindungsgemäßen Einrichtungen und Verfahren nutzen. Der hauptsächliche Unterschied zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren und den Vorrichtungen und Verfahren gemäß dem Stand der Technik besteht in der Verwendung von Hochdruckwasser zum Unterbinden bzw. Verringern der Bildung von Gipsklumpen, wodurch Papierbruch auf der Plattenbildungsmaschine verhindert bzw. deutlich reduziert wird.
Mischer gemäß dem Stand der Technik verwenden typischerweise eine Reihe von Niederdruckwasserstrahlen oder -düsen, um das Wasser in den Mischer einzutragen, um die kalzinierte Gipsaufschlemmung zu bilden. Diese Niederdruckwasserstrahlen führen Wasser mit einem Druck in der Größenordnung von 0,27 MPa (40 psi) zu. Im Gegensatz hierzu führen die Hochdruckstrahlen, die zur Ausführung dieser Erfindung verwendet werden, Wasser unter hohem Druck, bevorzugt in der Größenordnung von zumindest 2,7 MPa (400 psi) zu. Der Druck in den Hochdruckstrahlen reicht üblicherweise von etwa 2,7 MPa (400 psi) bis etwa 5, 5 MPa (800 psi).
Ein weiterer wesentlicher Faktor betrifft die Positionierung bzw. Ausrichtung der Hochdruckstrahlen. Es wurde entdeckt, dass sich Gipsklumpen an der Verbindungsstelle der Rotorzähne mit dem Rotorkörper bilden. Diese Klumpen werden periodisch in die kalzinierte Gipsaufschlemmung überführt und rufen einen Bruch der Papierabdeckbahnen auf der Plattenmaschine hervor. In Übereinstimmung mit dieser Erfindung richten die Hochdruckwasserstrahlen den Strahl von Hochdruckwasser auf die Verbindungsstelle der Rotorzähne mit dem Rotorkörper, wodurch die Bildung der Gipsklumpen verhindert oder deutlich verringert wird. Das Hochdruckwasser bildet Teil des zugemes senen Wasser, das dem Mischer kontinuierlich zugeführt wird, wobei der Rest des Wassers dem Mischer mit dem Rest des Wassers zugeführt wird, das durch die Niederdruckdüsen zugeführt wird. Der Mischer kann dadurch kontinuierlich ohne Abschaltzeiten zum Reinigen der Rotorzähne und der übrigen Flächen betrieben werden.
Zusätzlich zu den Hochdruckwasserstrahlen ist es üblicherweise bevorzugt, einen Klumpenring zu verwenden. Außerdem wurde als vorteilhaft ermittelt, einen zweiten Hochdruckwasserstrahl bereit zu stellen unter Richtung von Wasser auf die Oberfläche des drehbaren Klumpenrings in dem Spalt zwischen dem sich in Nutzung befindenden sich drehenden Ring und dem stationären Ring. Wie vorstehend angesprochen, reicht dieser Spalt üblicherweise von etwa 3,2 bis 6,4 mm (ein achtel bis ein viertel Inch).
Unter erneuten Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1 die Oberseite des Mischers 10. Der Mischerrotor 11 ist vollständig zu erkennen dort, wo der Abschnitt der oberen Abdeckung 12 weggebrochen ist. Die Rotorzähne 13 sind ebenfalls vollständig zu erkennen dort, wo der Teil der oberen Abdeckung 12 weggebrochen ist. Sichtbar in diesem Abschnitt ist außerdem der drehbare Klumpenring 15, der an dem Rotor 11 angebracht ist. Ein stationärer Klumpenring 15, der an der oberen Abdeckung 12 angebracht ist, geht aus 2 hervor. Der Spalt 16 zwischen den sich drehenden und stationären Ringen reicht von etwa 3,2 mm (ein achtes Inch) bis zu etwa 6,4 mm (ein viertel Inch), und geht ebenfalls aus 2 hervor.
Die Verbindungsstelle 17 zwischen den Rotorzähnen 13 und dem Rotorkörper 18 stellt den kritischen Bereich dar, in welchem die Klumpen 19 aus Gips gebildet werden können. Der Hoch druckwasserstrahl 20, der in der oberen Abdeckung 12 positioniert ist, muss so angeordnet bzw. ausgerichtet sein, dass er mit der Verbindungsstelle 17 ausgerichtet ist bzw. fluchtet. Dies geht deutlich aus 1 und 2 hervor, obwohl in 1 die Rotorzähne 13 unter der oberen Abdeckung 12 strichliert gezeigt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweiter Hochdruckwasserstrahl 21 in der oberen Abdeckung 12 angeordnet in direkter Ausrichtung über dem Spalt 16 zwischen den sich drehenden und stationären Klumpenringen.
Aus 1 und 2 gehen außerdem die Niederdruckwasserstrahlen 22 hervor. Diese Niederdruckwasserstrahlen 22 umgeben üblicherweise die Einlassöffnung bzw. den Einlass 23, wo der kalzinierte Gips und gegebenenfalls weitere trockene Bestandteile dem Mischer 10 zugeführt werden. Der Einlass 24 ist außerdem zum Zusetzen von Tensid zu der kalzinierten Gipsaufschlemmung vorgesehen und der Einlass 25 ist zum Zusetzen von Schaum und Notfallwasser gegebenenfalls vorgesehen. Außerdem ist in der oberen Abdeckung 12 eine Entlüftung 26 vorgesehen, um den Druck in dem Mischer 10 zu steuern. In 1 sind außerdem Metallelemente 27 gezeigt, die verwendet werden, um die. Segmente (90°-Radialabschnitte) der oberen Abdeckung 12 zu verbinden.
Wie vorstehend angeführt, handelt es sich bei der Vorrichtung zum Mischen von kalziniertem Gips um einen kontinuierlichen Mischer unter Verwendung einer zugemessenen Wassermenge abhängig von der Menge an kalziniertem Gips und weiteren Zusatzstoffen und der gewünschten Konsistenz der kalzinierten Gipsaufschlemmung, die der Plattenbildungsmaschine zugeführt werden soll. Die zugemessene Wassermenge wird zwischen dem Hochdruckstrahl bzw. den Hochdruckstrahlen und den Niederdruckstrahlen aufgeteilt. In dem in den Zeichnungen gezeigten Ehrsam-Mischer wird ein Teil des Wassers von einer Versorgungswasserleitung an eine Leitung abgezweigt und zu einer (nicht gezeigten) Druckwascherpumpe geleitet. Die Pumpe kann durch einen 1,125 kW-Motor (einem Motor mit 1 1/2 Pferdestärken) mit Energie versorgt werden, obwohl als Alternative eine Zahnradpumpe für eine längere Lebensdauer und größere Wasservolumina verwendet werden kann. Es wurde herausgefunden, dass das Wasservolumen zumindest etwa 7,6 Liter (2 Gallonen) pro Minute betragen sollte. Der Druck sollte zumindest 2,7 mm (400 psi) betragen, um ausreichend Kraft zum Sauberwaschen der Bereiche zu erzeugen. Nach dem Unterdrucksetzen des Wassers wird dieses über eine in 2 gezeigte Leitung 28 einer Edelstahlspritzdüse 20 vom Fächertyp zugeführt, die über dem Mischer 10 zu liegen kommt. Außerdem ist bevorzugt, eine zweite Hochdruckspritzdüse 21 vorzusehen, positioniert über der oberen Abdeckung 12 zum Reinigen des sich in Nutzung befindlichen, sich drehenden Klumpenrings 14. Wasserleitungen 29 führen das Wasser den Niederdruckwasserstrahlen 22 zu.
3 zeigt den Mischerrotor 11. Die Verbindungsstelle 17 zwischen den Rotorzähnen 13 und dem Rotorkörper 18 stellt den kritischen Bereich dar, an den das Hochdruckwasser angelegt wird. Seit der Installation des Hochdruckwasserstrahls 20 sind Gipsklumpen, gebildet in dem Mischer 10, deutlich verringert worden. Wie in 3 gezeigt, umfasst der Mischerrotor 11 drei identische Segmente.
4 zeigt ein viertel Segment der oberen Mischerabdeckung 12. Gezeigt ist die Position der Hochdruckwasserstrahlen 20 und 21. Außerdem ist speziell die Anordnung des stationären Klumpenrings 15 zu erkennen, der an der Unterseite der oberen Abdeckung 12 angebracht ist.
Diese Erfindung ist insbesondere unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen im Einzelnen erläutert worden; es wird bemerkt, dass sie jedoch Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist, die im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, die in den anliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Vorrichtung zum Mischen von kalziniertem Gips, aufweisend eine obere Abdeckung (12) und einen Mischerrotor (11) mit Zähnen (13) entlang der Peripherie zum Mischen von kalziniertem Gips mit einer zugemessenen Wassermenge und weiteren Inkredienzien zur Bildung einer Gipsaufschlämmung, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Abdeckung mehrere Niederdruckwasserstrahldüsen (22) enthält und zumindest eine Hochdruckwasserstrahldüse (20), wobei die Hochdruckwasserstrahldüse über der Verbindung (17) der Rotorzelle (13) mit dem Rotorkörper (18) ausgerichtet verläuft, wobei ein Teil des zugemessenen Wassers in die Vorrichtung durch die Hochdruckstrahldüse eingeleitet wird, während der Rest des Wassers in die Vorrichtung über die Niederdruckstrahldüsen eingeleitet wird, wodurch die Bildung von Gipsklumpen an der Verbindung deutlich verringert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wasserdruck in der Hochdruckwasserstrahldüse (20) zumindest etwa 2,7 MPa (400 psi) beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Wasserdruck in der Hochdruckwasserstrahldüse (20) im Bereich zwischen etwa 2,7 MPa (400 psi) und etwa 5,5 MPa (800 psi) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wasserdruck in den Niederdruckwasserstrahldüsen (22) etwa 0,27 MPa (40 psi) beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Klumpenring in der Vorrichtung vorgesehen ist, der einen stationären Metallring (15) umfasst, der in der Unterseite der oberen Abdeckung (12) angebracht ist, und einen drehbaren Metallklumpenring (14), der an dem Mischerrotor angebracht ist, wobei ein Spalt (16) zwischen den stationären und drehbaren Klumpenringen im Bereich von etwa 3,2 mm (1/8 inch) und etwa 6,4 mm (1/4 inch) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein zweite Hochdruckwasserstrahldüse (21) in der oberen Abdeckung (12) angeordnet und darin derart positioniert ist, dass Wasser, das durch diese Strahldüse gespritzt wird, im Betrieb auf den drehbaren Klumpenring (11) im Bereich des Spalts zwischen dem stationären (15) und sich drehenden (14) Ringen auftrifft.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Wasserdruck in beiden Hochdruckwasserstrahldüsen (20, 21) zumindest etwa 2,7 MPa (400 psi) beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wasserdruck in beiden Hochdruckwasserstrahldüsen (20, 21) im Bereich zwischen etwa 2,7 MPa (400 psi) und etwa 5,5 MPa (600 psi) liegt.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einem Mischerrotor (11) zum Mischen von kalziniertem Gips mit einer zugemessenen Wassermenge, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Wassers in die Vorrichtung durch zumindest eine Hochdruckwasserstrahldüse (20) eingeleitet und so ausgerichtet wird, dass dieser Teil des Wassers auf der Peripherie des Mischerrotors an der Verbindungsstelle (17) von Zähnen (13) auf dem Rotor und dem Rotorkörper (18) auftrifft, während der Rest des Wassers in die Vorrichtung durch mehrere Niederdruckwasserstrahldüsen (22) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Wasserdruck in der Hochdruckwasserstrahldüse (20) zumindest etwa 2,7 MPa (400 psi) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Wasserdruck in der Hochdruckwasserstrahldüse (20) im Bereich von etwa 2,7 MPa (400 psi) und etwa 5,5 MPa (800 psi) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Wasserdruck in den Niederdruckwasserstrahldüsen (22) etwa 0,27 MPa (40 psi) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine zweite Hochdruckwasserstrahldüse (21) vorgesehen ist, durch die Wasser in die Vorrichtung eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Wasserdruck in beiden Hochdruckwasserstrahldüsen (20, 21) zumindest etwa 2,7 MPa (400 psi) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Wasserdruck in beiden Hochdruckwasserstrahldüsen (20, 21) von etwa 2,7 MPa (400 psi) bis etwa 5,5 MPa (800 psi) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei ein drehbarer Klumpenring (14) vorgesehen ist, der an dem Mischerrotor (11) angebracht ist, und wobei das Wasser, das durch eine der Hochdruckwasserstrahldüsen (21) gespritzt wird, in Richtung auf den drehbaren Klumpenring (14) gerichtet ist und auf diesem auftrifft.