FI68592B - Foerfarande och anordning foer uppvaermning av stenaggregat isnnerhet foer framstaellning av betongmassa - Google Patents

Description

68592

Menetelmä ja laitteisto varsinkin betonimassan valmistukseen käytettävän kiviaineksen lämmittämiseksi 5 Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä kiviaineksen lämmittämiseksi.

Keksinnön kohteena on myös menetelmän soveltamiseen käytettävä laitteisto.

10 Betonimassa koostuu tavanomaisesti kivistä, hiekasta, sementistä, vedestä ja mahdollisista lisäaineista. Sementin tehtävänä on tunnetulla tavalla sitoa kiviaines, kivet ja hiekka yhteen jatkuvaksi massaksi. Vettä tarvitaan kahdesta syystä: sementin 15 hydrataatioon sekä työstettävän betonin aikaansaamiseksi. Työstettävyyden vuoksi on betonimassaan tavanomaisesti syytä sekoittaa huomattavasti enemmän vettä kuin mitä itse hydrataatio tarvitsee. Koska sementin hydrataation nopeus riippuu tunnetulla 20 tavalla lämpötilasta, kiihtyen voimakkaasti lämpötilan kohotessa, pyritään betonivalut kylmässä ympäristössä suorittamaan lämpimällä betonimassalla betonin kovettumisen nopeuttamiseksi ja samalla betonivalun jäätymisen estämiseksi, milloin ympäristön lämpötila 25 on riittävän alhainen.

Koska betonimassan valmistuksessa pyritään vesi/sementtisuhteen vakioarvoon tai sen hallitsemiseen, samalla kun pyritään valmistamaan lämmintä betonimassaa, voidaan nämä seikat edullisesti yhdistää 30 käyttämällä sopivaa höyrylämmitystä.

Jo valmiissa muodossa olevaa betonimassaa sinänsä on totuttu lämmittämään itse s&oittimessa höyryllä, mikä on tavanomaista tekniikkaa. Lämpimän betonimassan valmistamiseksi on esitetty useita menetelmiä, joissa 35 käytettävä kiviaines lämmitetään tiettyyn lämpötilaan tavallisimmin kuumalla ilmalla tai kuumilla savukaasuilla.

2 68592 Tällaisissa menetelmissä kuumaa ilmaa tai savukaasuja puhalletaan tavallisimmin alhaalta ylöspäin kiviaines-siilossa tai erilaisista ilmanjakokouruista siilon eri osiin. Tällainen konstruktio selviää mm. FI-patentti-5 julkaisuista 47864 ja 558l8. Kummassakin ratkaisussa ilmaa tai kuumia savukaasuja puhalletaan alaspäin suunnatuista kouruista kiviaineksen sekaan ja otetaan toisaalta pois ylempänä sijaitsevasta samanlaisesta kourusta.

10 Edelleen tunnetun tekniikan mukaisesti betoni- massaan tarvittavaa kiviainesta voidaan lämmittää joko hihnalla tai pyörivässä rummussa ohitse virtaavalla kuumalla ilmalla, savukaasulla tai höyryllä. Höyrylämmityksen haitaksi on joissain yhteyksissä 15 mainittu, että se tuo ei-toivottua vettä kiviaineksen sekaan. Aiemmin esitetyissä menetelmissä, joissa kiviainesta on lämmitetty esim. kuumalla ilmalla tai savukaasulla, mainitaan, että vain tiettyä raekokoa, esim.

8-l6 mm tai 16-32 mm, olevaa kiviainesta voidaan lämmit-20 tää, koska tarvittavan ilman tai savukaasun puhalluksen vaatima painehäviö käy hienommilla kiviaineksilla erittäin suureksi. Suuri painehäviö osaltaanjohtuu siitä, että tarvitaan suuria ilmamääriä näiden alhaisen lämpösisällön vuoksi, ja toisaalta suuria ilman nopeuk-25 siä riittävän korkeiden lämmönsiirtokerrointen takia.

Mutta suurpaineisellakaan puhaltimella ei hienoimpaan kiviainekseen saada ilmalle sellaista nopeutta, että sen lämmittäminen voitaisiin kuuman kaasun tai ilman avulla riittävän nopeasti ja kohtuudella suorittaa.

30 Kun ilmalla lämmitetään kiviainesta, joka nor maalisti on vaihtelevaa kosteudeltaan (tavallisimmin 2-5 %, hienolla hiekalla jopa 11 %), joudutaan tahtomattakin tämä kosteus haihduttamaan pois. Jos suoritetaan yksinkertainen laskelma, jonka mukaan tietyn kiviaines-35 virran lämmittäminen vaatii esim. 1,0 MW:n lämpötehon. vaatii siinä olevan 4 %:n kosteuden samanaikainen 3 68592 haihduttaminen erikseen 1,60 MW:n lämpötehon.

Tyypillisessä kuumailmalämmityksessä on riittävän lämmönsiirtokertoimen ja samalla riittävän lämpiämis-nopeuden saavuttamiseksi käytettävä kaasuille nopeutta 5 esim. 0,5 m/s. Tällöin muodostuu esim. 0-8 mm:n kiviaineksella painehäviötä 20 kPa/m kiviainesta, joten tavanomaisia puhaltimia käytettäessä ei korkeita kiviaineskerroksia voida lämmittää, tai toisaalta kaasunjakoelimiä pitää asettaa useisiin eri kerroksiin 10 varastosiiloihin, jotta toivottu lämmittäminen voidaan suorittaa matalapainepuhaltimilla tyydyttävän nopeasti.

On yleisesti tunnettua, että lauhtuvan höyryn ja muun kuin kaasumaisen väliaineen välinen lämmönsiirto-kerroin on 500-1000, jopa 5000, kertaa suurempi kuin 15 vastaava lämmönsiirtokerroin kuumasta lauhtumattomasta kaasusta mainittuun lämmitettävään ei-kaasumaiseen materiaaliin. Näin on kuitenkin vain sillä ehdolla, että sanottu höyry tai lämmitettävän kappaleen ympäristö ei sisällä merkittäviä määriä lauhtumattomia kaasuja 20 kuten ilmaa. Edelleen tunnetaan, että kukin tietyllä tavalla määritelty kiviaines tietyssä lämpötilassa ja vakiovetovoimakentässä pidättää itseensä pintajännitys-voimien johdosta tietyn määrän vettä, ylimäärän valuessa pois. Toisin sanoen, jos kiviaineksen raekoko ja 25 lämpötila on tunnettu, tiedetään hyvinkin tarkoin montako prosenttia siinä on vettä.

Jos haluttu kiviaineksen lämmittäminen suoritetaan puhaltamalla höyryä alhaalta ylöspäin tavanomaiseen luonnolliseen suuntaan, aiheutuu siitä seuraavat haitat: 30 ilma sekoittuu höyryyn, jonka lauhtumispiste alenee, ja samalla alenee myös lauhtumisen lämmönsiirtokerroin 10 % jokaista höyryn sisältämää ilma-5£:a kohden; samalla ylöspäin suuntautuva höyry patoaa edelleen ylhäältä alas valuvaa vettä, ja höyry kanavoituu sinne, missä 35 materiaali on harvempaa. Kun ajatellaan veden valumista kosteasta, melko hienorakeisesta kiviaineksesta, 11 68592 tiedetään kokemuksesta, että valuminen on sitä hitaampaa, mitä hiemompaa on kiviaines. Toisaalta tällaisissa olosuhteissa ollaan jälleen siinä tilanteessa, että · kiviaineksen kosteutta ei tunneta, koska ei tunneta 5 uutta tekijää, valumisaikaa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa yllä mainitut haitat ja saada aikaan uusi ja entistä tehokkaampi menetelmä ja laitteisto kiviaineksen lämmittämiseksi .

10 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että höyry puhalletaan ylhäältä alaspäin ja samalla imetään vastaavalla nopeudella ilmaa alhaalta pois, jolloin lämmitettävä siilo lämpiää lämmitysvaiheessa vyöhykemäisesti.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle 15 menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan ominaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa.

20 Keksinnön avulla on voitu kehittää betoniin tarvittavan kiviaineksen lämmittämis- ja kosteuden-vakioimismenetelmä, josta puuttuvat monet aikaisempien menetelmien haittatekijät ja jolla saadaan aikaan massan notkeuden ja samanaikaisesti tasalaatuisuuden suhteen 25 toivottuja tuloksia.

Kun lämmitetään keksinnön mukaisesti höyryllä kiviainesta, jonka raekoko on 8-16, 16-32 tai jopa 0-8 mm (kaikkia yhtäaikaa tai erikseen), kostutetaan kondensoituvalla höyryllä samalla kukin materiaali tiettyyn 30 toivottuun kosteuteen.

Koska ilma ja lämmityshöyry eivät tässä menetelmässä sekoa toisiinsa, ei höyryn lauhtumislämpötila laske, sikä samalla laske myöskään lauhtumisen lämmönsiirtokerroin. Kun höyryä puhalletaan ylhäältä alaspäin, saadaan terävä 35 erottava vyöhyke ilman ja laskeutuvan höyryn välille, koska ilman tiheys on suurempi kuin kuuman höyryn, ja 5 68592 koska samaan aikaan lämmitettävän kiviaineskerroksen läpi imetään ilmaa edeltä pois. Tässä yhteydessä ei esiinny lauhtuneen veden patoutumista, vaan samalla kun ilma imetään pois kiviaineksesta, imetään ylimääräi-5 nen vesikin alas ja annetaan sen poistua niin, ettei se joudu betonin sekoittimeen kiviaineksen kanssa.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten piirustusten mukaisten suoritus-esimerkkien avulla.

10 Kuvio 1 esittää sivuleikkauskuvantona yhtä keksinnön mukaista laitteistoa siiloon sovellettuna.

Kuvio 2 esittää sivuleikkauskuvantona toista keksinnön mukaista laitteistoa punnituslaitteeseen sovellettuna.

15 Kuvio 3 esittää kuvion 2 kourun poikkileikkausta A-A.

Kuvion 1 mukainen laitteisto käsittää siilon 8, joka on täytetty kiviaineksella 17. Siilon 8 ylempi osa C on ns. kylmävyöhyke ja sen alaosa H ns. kiiuma-20 vyöhyke. Siilon 8 alapäässä on tyhjennys- ja annostelu-laite 10. Höyrynsyöttölaite käsittää höyryputken 1, siinä olevan magneettiventtiilin 2 sekä kylmä- ja kuumavyöhykkeiden raja-alueelle sovitetun, neliösil-mukaksi muotoillun koururakenteen 3, jonka poikkileikkaus 25 on olennaisesti ylösalaisin olevan V:n muotoinen.

Ilmanpoistolaite käsittää lähelle siilon pohjaa sovitetun suoran kourumaisen rakenteen 4, jonka poikkileikkaus on samoin likimain ylösalaisin käännetyn V:n muotoinen. Rakenteesta 4 johtaa vaakasuora ulospuhallus-30 putki 9, jonka päässä on imuri 6 ilman ulospuhallusta varten. Putkessa 9 on lämpöanturi 5, jonka antaman toimivirikkeen perusteella säätöelin 7 voi sulkea ja avata venttiilin 2.

Kuvioiden 2 ja 3 mukaisessa rakenteessa höyryn-35 syöttö- ja ilmanpoistolaite on sovitettu punnitussäiliön 14 yhteyteen siten, että ilma pääsee poistumaan pysty- . ·?* . . ·· * . .·· ..

6 68592 suoran putken 12 ja imurin 6 kautta. Putki 12 toimii samalla korkeussuunnassa aseteltavan höyrynsyöttöelimen 3 johteena, jolloin höyrynsyöttöelimen 3 lieriömäinen yläosa 13 teleskooppimaisesti voi 5 liukua pystysuoran putken 12 ulkopintaa myöten korkeuden-säätölaitteen 15, 16 vaikutuksesta. Höyry syötetään höyrynsyöttöelimen 3 lieriömäiseen osaan 13 joustavan letkun 11 kautta.

Kun edellä mainittu terävä lämpötilavyöhyke 10 ilman ja höyryn välillä saavuttaa lämmitettävän kiviaineskerroksen 17 alarajen, nousee siinä ulostulevan pois imettävän kaasun lämpötila lähes yhtäkkisesti, koska ilma vaihtuu höyryyn, joka ei ole lauhtunut.

Edellä kuvatulla menetelmällä voidaan yksinkertaista 15 termoelementtiä 5 käyttämällä pysäyttää tarvittaessa sekä höyryn puhallus että ilman imu. Jos halutaan, voidaan tarvittavan lämmityksen jälkeen, kun höyryä enää hitaasti lauhtuu ja termoelementti 5 on hälyttänyt kuuman höyry-rintaman saapumisesta, vielä puhaltaa lyhyt hetki höyryä 20 kiviaineskerroksen 17 läpi, jolloin kaikki ylimääräinen vesi nopeasti valuu höyryn edellä alas.

On huomattava, että kun ilmaa imetään lämmitys-höyryn alta pois, tarvitaan minimaalinen puhallusteho verrattuna ilmalämmitykseen. Edelleen, kuten yllä 25 kuvattiin, saadaan aikaan yksinkertainen lämmityksen automaatio ja samaan aikaan kiviaineksen kosteuden vakioiminen. Menetelmän etuna voidaan edelleen katsoa olevan sen, että siinä ei jouduta haihduttamaan vettä pois ja uudelleen tuomaan vettä samaan kiviainekseen, 30 vaan että kiviainekseen tuodaan vakiomäärä jo valmiiksi lämmintä tai kuumaa vettä.

Tyypillinen lämpötila sellaiselle betonimassalle, jossa käytetään Portlandsementtiä tyypillisesti viileässä ilmanalassa, kuten Skandinaviassa tai Pohjois-Amerikassa 35 ja talvella Pohjois-Euroopassa, on luokkaa 70°C.

7 68592

ESIMERKKI

Kokeessa, jossa 2 m paksua kiviaineskerrosta, raekooltaan 8-16 mm, lämmitettiin ylhäältä alaspäin syötetyllä höyryllä ja imettiin ilma alhaalta pois 5 pölynimurilla virtausta kuristamalla, saatiin 2 minuutin 30 sekunnin kuluttua kiviainekseen tasainen 86 °C:n lämpötila. Lämpötilaa voitiin hieman alentaa tai korottaa säätämällä imettävän ilman nopeutta. Kun tämä kiviaineksen lämpötila otetaan huomioon valmistettaessa tavanomais-10 ta betonimassaa, jossa käytetään 350 kg sementtiä/m^ betonia, saadaan normaalilla vesi/sementtisuhteella 0,32 aikaan juuri haluttu 70 °C:n lämpötila.

Lopullista lämpötilaa voidaan yksinkertaisemmin säätää sekoitusveden lämpötilaa säätämällä.

Claims (11)

68592

1. Menetelmä varsinkin betonimassan valmistukseen käytettävän kiviaineksen (17) tai sentapaisen 5 lämmittämiseksi siilossa (8) tai sentapaisessa (1*0 johtamalla kiviaineksen (17) sekaan höyryä ja imemällä kiviaineksessa (17) oleva ilma siilon (8) ulkopuolelle siilon (8) alaosassa olevasta ensimmäisestä kohdasta (*0, tunnettu siitä, että höyry johdetaan 10 kiviaineksen (17) sekaan ensimmäistä kohtaa (4) ylempänä olevasta toisesta kohdasta (3) niin, että höyry virtaa kiviaineksen (17) läpi ainakin pääasiallisesti ylhäältä alaspäin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että ilmaa imetään siilosta (8) pois kiviaineksen (17) lämpiämisnopeutta vastaavalla nopeudella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyryä syötetään siten jaksot- 20 taisesti, että höyryn syöttö katkaistaan aina, kun alaspäin työntyvä höyryrintama on ehtinyt ennalta määrätylle korkeudelle toisen kohdan (3) alapuolella.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyryn syöttö katkaistaan 25 lämpötilaa mittaavan elimen avulla höyryn aiheuttaman lämpötilannousun perusteella.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhden lämmitysjakson loppuvaiheessa puhalletaan hetkellisesti suurella voi- 30 maila höyryä lämmitettävän kiviaineskerroksen (17) lävitse niin, että kiviainekseen (17) jäänyt ylimääräinen vesi poistuu ja kiviaineksen (17) kosteus vakioituu.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän soveltamiseen käytettävä laitteisto kiviaineksen (17) 35 lämmittämiseksi, joka laitteisto käsittää 68592 siilon (8, 14) tai sentapaisen kiviainesta (17) varten, - höyrynsyöttölaitteen (1, 3) höyryn johtamiseksi siiloon (8, 14) kiviaineksen (17) sekaan ja 5. lähelle siilon alapäätä sovitetun ilmanpoisto- laitteen (4, 6, 9S 12) ylimääräisen ilman poistamiseksi siilosta (8) kiviaineksen (17) seasta, tunnettu siitä, että ilmanpoistolaite (4, 6, 9, 12) käsittää aina- 10 kiri yhden alaspäin avautuvan kourumaisen ilmanpoistoelimen (4) ja - höyrynsyöttölaite (1, 3) käsittää siiloon (8) välimatkan päähän ilmanpoistoelimestä (4) tämän yläpuolelle sovitetun höyrynsyöttöelimen 15 (3), jolloin höyrynsyöttöelimestä (3) purkautuva höyry joutuu virtaamaan kiviaineksen (17) läpi ainakin pääasiallisesti ylhäältä alaspäin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, 20 tunnettu siitä, että ilmanpoistoelin käsittää ai-ainakin yhden alaspäin avautuvan kourumaisen rakenteen (4).

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että höyrynsyöttöelin (3) on 25 pystysuunnassa aseteltavissa itsensä ja ilmanpoistoelimen (4) välisen pystysuoran etäisyyden muuttamiseksi (kuvio 2).

9. Patenttivaatimusten 6 ja 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kourumaiset rakenteet 30 (3 ja 4) ovat poikkileikkaukseltaan olennaisesti ylös alaisin olevan V:n muotoiset. 68592

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kourumainen rakenne (3) on muotoiltu suljetuksi silmukaksi, esim. neliön muotoiseksi silmukaksi.

11. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu ilmanpoistolaitteen (4, 6, 9, 12) yhteyteen sovitetusta lämpötila-anturista (5), - höyrynsyöttölaitteen (1, 3) yhteyteen 10 sovitetusta venttiilistä (2) sekä säätöelimestä (7), joka on sovitettu lämpötila-anturista (5) saadun toimivirikkeen perusteella sulkemaan ja avaamaan venttiilin (2). 11 6 8 5 9 2