FI80439B - Foerfarande och anordning foer framstaellning av en gipsfiberskiva. - Google Patents

Description

1 8043.9

Menetelmä ja laitteisto kipsikuitulevyn valmistamiseksi

Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää ja patenttivaatimuksen 11 johdannon 5 mukaista laitteistoa menetelmän suorittamiseksi.

Tunnetaan kipsikuitulevyn valmistusmenetelmiä, joissa märkämassaan sekoitetaan kalsiumsulfaatti-puolihyd-raattia, kuituaineita ja mahdollisesti vielä lisäaineita, josta märkämassasta lopulta muodostetaan levyjä. Levyjen 10 kovettuminen on seuraus puolihydraatin sitoutumisesta kal-siumsulfaatti-dihydraatiksi (DE-kuulutusjulkaisu 2 918 974). Tässä menetelmässä on haitallista, jos työstön täytyy tapahtua puolihydraatin lyhyen sitoutumisajan aikana. Edelleen jäteaineksen, esimerkiksi levynkappaleiden, 15 uudelleen käyttö on mahdollista vain suurten määrien ollessa kyseessä.

DE-hakemusjulkaisu 2 649 300 koskee menetelmää kipsilevyjen valmistamiseksi kalsiumsulfaatti-dihydraatin pohjalta, jossa dihydraatti veden läsnä ollessa sekoite-20 taan 5-60 % kuitumaiseen ainekseen ja muotoillaan levyiksi veden poiston myötä ja kuivataan lämpötilassa 95-140°C. Lopputuotteen parantamiseksi voidaan lisätä sidosainetta 0,5-30 paino-%. Kipsin kiteytymistä ei tapahdu. Tämän menetelmän mukaisesti valmistetut kipsilevyt saavuttavat 25 huomattavasti pienemmän lujuuden kuin kiteyttämällä puoli-hydraatista dihydraatiksi valmistetut.

DE-hakemusjulkaisusta 3 117 662 tunnetaan menetelmä tiilien valmistamiseksi, johon erityisesti kuuluu sidos-aineen muovaus ja kalsinointi tapauksesta riippuen hiekan 30 ja/tai muiden lisäaineiden kanssa, jossa kalsiumsulfaatti- dihydraatti-raakamassa puristetaan märkänä, käsitellään ja muotoillaan hydrotermisesti lämpötilassa, joka nousee aina lämpötilaan 200°C, ja lopuksi jäähdytetään. Tätä menetelmää kipsitiilien ja kipsihiekkatiilien valmlstamisek-35 si ei voida soveltaa kipsilevyjen valmistamiseen, varsin- 2 80439 kaan ei sopivalla lämpötila-alueella. Sen lisäksi tämän menetelmän mukaan jäähdyttäminen tapahtuu autoklaavin ulkopuolella (katso esimerkki).

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada patenttivaa-5 timuksen 1 johdannon mukainen menetelmä, jolla levyjen jäähdyttäminen on mahdollisimman nopeasti suoritettavissa.

Tämä tarkoitus saavutetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisesti siten, että painesäiliössä olevaa painetta alennetaan poistamalla vesihöyryä levyjen 10 jäähdyttämiseksi.

Kuuman levyn huokosiin suljetun veden höyrynpaine on korkeampi kuin kulloinkin painesäiliössä vallitseva paine. Näin ollen huokosiin suljettu vesi höyrystyy, minkä johdosta levyt jäähtyvät nopeasti (höyrystysjäähtyminen). 15 Tällöin kuitenkin esiintyy eräs epätoivottu sivu vaikutus. Levystä poistuva höyry aiheuttaa kuplien muodostumista, mikä edelleen johtaa levyn yläpinnan lohkeilemi-seen. Tämä vaara on erityisen suuri johdannon mukaisessa menetelmässä, sillä levyn koostumus jäähdytysvaiheessa on 20 vielä hyvin hauras. Lämpökäsittelyn aikana muodostetun puolihydraatin uudelleenkiteytyminen dihydraatiksi, eli kiinteän rakenteen muodostuminen, alkaa vasta sen jälkeen, kun levy on jäähdytetty noin 100eC lämpötilan alle. Jäähtymisen aikana kipsiosuus koostuu käytännöllisesti vain 25 puolihydraattikiteistä, jotka veden ja kuitujen kanssa muodostavat hauraan liitoksen.

Tämän johdosta keksinnön toisena tarkoituksena on levyjen jäähdytyksen yhteydessä esiintyvän haitallisen kuplimisen estäminen.

30 Tämä tarkoitus puolestaan saavutetaan patenttivaa timuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisesti siten, että levyt on jäähdyttämisen aikana tiukasti puristetut muottiele-menttien väliin.

Patenttivaatimuksessa 2 esitetyn toimenpiteen an-35 siosta, mikä on erityisesti suositeltavaa paksuille le- li 3 80439 vyille, vaara levypintojen vahingoittamiselta vähentyy edelleen.

Patenttivaatimuksen 3 mukainen toimenpide nopeuttaa sitoutumista.

5 Patenttivaatimuksen 4 mukainen toimenpide nostaa tuotantonopeutta vähentäen samalla energiankulutusta.

Patenttivaatimuksen 5 mukainen toimenpide mahdollistaa lyhyempiä sitoutumisaikoja ilman, että kuitumateriaaliin kohdistuu negatiivisia vaikutuksia.

10 Patenttivaatimuksien 6-9 mukaisten toimenpiteiden avulla levyjen muodostus ja vedenpoisto on suoritettavissa taloudellisesti vähentämättä kuitenkaan niiden lujuutta.

Patenttivaatimuksen 10 mukainen toimenpide aikaansaa korkean muuttumisnopeuden α-puolihydraatiksi.

15 Keksinnön tarkoituksena on lisäksi aikaansaada laitteisto, jolla keksinnön mukainen menetelmä on toteutettavissa.

Tämä tarkoitus saavutetaan patenttivaatimuksessa 11 esitetyillä tunnusmerkeillä.

20 Patenttivaatimuksissa 12 ja 13 on esitetty mainitun laitteiston edullisia suoritusmuotoja.

Tämän keksinnön olennaisempi etu on siinä, että se mahdollistaa ensimmäisenä 20 mm paksumpien kipsikuitule-vyjen valmistamisen yksikerroksisina koneellisesti ja sar-25 j atuotantona.

Oheiset piirustukset on tarkoitettu esillä olevan keksinnön havainnollistamiseksi yksinkertaistettujen, laitteistoesimerkkejä esittävien kuvioiden avulla.

Kuvio 1 esittää karkeasti laitteistoa, jolla val-30 mistetaan kipsikuitulevyjä savukaasurikkikipsistä Ja jäte-paperista ja jossa on kolme rinnakkain kytkettyä paine-säiliötä.

Kuvio 2 esittää karkeasti laitteistoa, jossa on yksi painesäiliö, jossa voidaan käyttää kolmea täyttöosas-35 toa.

4 80439

Kuvio 3 kuvaa vastaavaa laitteistoa, jossa levyt kulkevat jatkuvasti painesäiliön läpi.

Keksinnön mukaiseen laitteistoon kuuluu kipsinval-mistamo, johon kuuluu raakakipsisiilo 1 ja kipsin ulosot-5 tosiilo 2, kipsimurskain 3 - tässä esimerkissä putkimurs-kain - ja sekoittimella varustettu kipsisäiliö, joka toimii välisäiliönä. Tässä esimerkissä kuituaines valmistetaan jätepaperista myös lasikuidun, puuhakekuitujen, heinäkasvien jne käyttö on mahdollista. Ensisijaisesti käy-10 tetään kuituja, jotka imevät vettä tai ainakin kostuvat hyvin. Paperin valmistamiseksi säiliö 5 on varustettu sekoittimella, johon on yhdistetty vesisäiliö 6, sekä puu-hiokesäiliöllä 7, josta johtaa vesijohto takaisin putki-murskaimeen 3. Kipsisäiliö 4 ja puuhiokesäiliö 7 ovat li-15 säaineannostelijan 8 kanssa kiinnitetty sekoittimeen 9, josta muotoilu- ja kuivatusasemat täytetään. Kuvion 1 mukaisessa laitteistossa sekoittimeen 9 päättyy lisäksi huoltoputki kipsisäiliöstä 23, johon kuuluu siilo 23.1 ja annostelulaitteisto 23.2 kipsiä varten, joka sekoitetaan 20 murskaamattomana.

Muotoilu- ja vedenpoistolaite käsittää imunauhasuo-dattimen 10, johon kuuluu myötävirtaan kytketty puristus-valssilla 11 varustettu valssituoli. Kyseessä olevassa muotoilu- ja vedenpoistolaitteistossa ei ole muotoilulait-25 teistoa epätasaisten levyjen, esim. aaltolevyjen valmistamiseen. Muotoilu- ja vedenpoistolaitteen päässä on leikkuri, jolla levyt leikataan oikean kokoisiksi.

Kuvion 1 mukaisessa laitteistossa muotoilu- ja vedenpoistolaitteen 10, 11 päässä on kolme samansuuntaisesti 30 kytkettyä painesäiliötä 12, 13, 14, joihin kuuluu laitteisto 15.1 vuorottaista käyttöä varten. Jokaisessa paine-säiliössä 12-14 on kuitunipputeline, jossa on vaakasuoria poisvedettäviä välilevyjä, jotka on mitoitettu niin, että ne peittävät kipsikuitulevyt täysin. Niihin kuuluu kak-35 soisteräslevyt, jotka on liitetty tiukasti toisiinsa pie-

II

5 80439 neen tilaan höyrynläpäisevän rungon yläpuolelle. Ei-ta-saisten levyjen valmistuksessa välilevyinä käytetään vastaavan muotoisia muotolevyjä.

Lisäksi jokaisessa painesäiliössä 12-14 on kuuman 5 höyryn tulo- ja ulosmenoputki ja kierrätystuuletin, ja kaikki painesäiliöt 12-14 on yhdistetty toisiinsa höyry-putkilla. Jokainen painesäiliö 12-14 on yhteydessä tyhjen-nyslaitteiston 15.2 kautta rullakuljettimeen 16, joka johtaa kuivaajaan 17. Lopuksi kuivaajasta 17 johtaa edelleen 10 rullakuljetin 18 kuitunippuvarastoon.

Kuvion 1 mukaisessa laitteistossa kipsikuitulevyjä valmistettaessa noin 30 % raakakipsistä - tässä savukaasujen rikinpoistosta syntyvästä kipsistä - hienonnetaan murskaimessa 3 vettä lisäten noin Blainen lukua 3000 vas-15 taavaan raekokoon. Suspensio, jossa on 50 paino-% vettä, sijoitetaan välivarastoon säiliöön 4 sekoittimen alapuolelle, josta sekoitin 9 jatkuvasti täytetään. Loput tarpeellisesta raakakipsimassasta johdetaan uudelleen murskattuna Blainen lukua 1700 vastaavaan raekokoon kipsiase-20 malta 23 suoraan sekoittimeen 9. Samoin sinne sekoitetaan puuhioketta puuhiokesäiliöstä 7. Puuhioke valmistetaan jätepaperista ja vedestä paperinjalostamossa 5 ja sakeutetaan laskeuttamalla puuhiokesäiliössä 7, ylimääräinen vesi johdetaan putkimurskaimeen 3. Sekoittimessa 9 seuraa-25 vaksi lisätään myös lisäainetta, kyseisessä esimerkissä alumiinisulfaattia, kalsium- tai rautasulfaatin tai mine-raalihapon (esim. H2S04) lisäannostus on samoin mahdollista. Alumiinisulfaatti toimii samalla koaguloimisaineena kipsikuituseoksen vedenpoistumisen parantamiseksi, samoin-30 kuin myöhemmin muodostuneen puolihydraatin sitoutumisen kiihdyttäjänä. Annostusta säädellään siten, että kipsikuituseoksen pH-arvo painesäiliöön 12-14 tullessa on pienempi tai yhtäsuuri kuin 7, mieluiten pH-arvojen 4 ja 5 välillä. Raaka-aineen ja vaaditun sitoutumisajan myötä lisäainemää-35 rä nousee välille 0,1-2 paino-%.

6 80439

Vesipitoisuudeltaan puuhioke ja kipsiseos ovat sellaisia, että sekoittimen 9 massa on vesi/kiinteä aines-suhteeltaan n. 3,4. lisäksi kipsin ja kuituaineksen välinen suhde nousee noin arvoon 10:1. Tämä massa muotoillaan 5 lopuksi kahdessa vaiheessa levyiksi ja siitä poistetaan samanaikaisesti vesi. Levyjen paksuus on 10 mm ja 40 mm välillä. Ensimmäisessä vaiheessa vettä imun avulla poistettaessa saadaan vesi/kiinteä aines-suhteeksi noin 0,7 samalla muotoillaan massakakku. Tästä massakakusta pois-10 tetaan lopuksi vettä toisessa vaiheessa valssituolin pai-nevalssin 11 aiheuttaman paineen avulla vesi/kiinteä aines-suhteessa, joka on pienempi kuin 0,4 mieluiten noin 0,35. Tämä vedenpoistoaste saavutetaan keksinnön mukaisesti vain jos koagulointiaineita - tässä alumiinisulfaattia 15 - lisätään. Useampivaiheinen paineellinen vedenpoisto il man etukäteen suoritettua imuvedenpoistoa on samoin mahdollista.

Yhtenäiseksi muotoiltu massakakku leikataan levyiksi, jotka kuvion 1 mukaisessa menetelmässä lopuksi johde-20 taan vuorottain painesäiliöihin 12-14. Painesäiliössä 12-14 ne sitten puristetaan päälletysten pinottuna kahden välilevyn väliin. Kuumentaminen tapahtuu ensin jäähdytettävästä painesäiliöstä takaisin johdettavalla höyryllä, lopuksi kyllästetyllä höyryllä, jonka paine on n. 6 baria 25 ja lämpötila nousee n. 140°C:n lämpötilaan. Tällöin paine nousee jonkin verran enemmän kuin 3,5 baria. Kun höyry kierrätetään ja se tunkeutuu kaksoislevyjen väliin, levyjen samanaikainen lämpeneminen - ja jäähtyminen - on taattu. Jäähdyttämisen yhteydessä höyry poistetaan, jolloin 30 paine alenee vähemmän kuin 1 baria minuutissa levyjen vaurioitumisen estämiseksi. Poistettu höyry käytetään uuden täytetyn painesäiliön alkukuumennukseen.

Kaikki kolme painesäiliötä 12-14 toimivat vuorottain: kun yksi, esim. säiliö 12, tyhjennetään ja täytetään 35 uudelleen, toista, esim. säiliötä 13, kuumennetaan ja koi- 7 80459 matta, esim. säiliötä 14, jäähdytetään paisunnan vaikutuksesta. Kuumennuksen tai jäähdytyksen ensimmäisessä vaiheessa vastaavien painesäiliöiden väliset yhdysputket (esimerkissä säiliöt 13 ja 14) avataan niin että höyry 5 virtaa yli kunnes paine on tasoitettu. Seuraavassa työvaiheessa kuumennetaan sitten painesäiliö 12, painesäiliöstä 13 poistetaan painetta ja painesäiliö 14 tyhjennetään ja täytetään uudelleen, jne.

Kuumennuksen yhteydessä kyllästetyssä vesihöyryn-10 paineessa, noin 140°C lämpötilassa kalsiumsulfaatti-dihyd-raatti muuttuu α-puolihydraatiksi. Kuumennusaika on levyn paksuudesta riippuen 3 ja 50 minuutin välillä. Kun paine lopuksi pudotetaan 1 bariin, lämpötila putoaa lämpötilaan noin 100°C ja puolihydraatti hydratoituu uudestaan dihyd-15 raatiksi; levy lujittuu. Uudelleen hydratoituminen johtuu pääasiassa levyyn jääneestä irtoavasta kidevedestä, siksi vaaditaan koko painesäiliössä tapahtuvan käsittelyn ajan kyllästetyn vesihöyryn paine levyjen sisäpuolisen kuivaamisen estämiseksi ennen uudelleen hydratoitumisen päätty-20 mistä. Hitaalla paineen pudotuksella, vähemmän kuin 1 bar minuutissa, estetään paineen pudotuksesta johtuva murtuminen levyn jännityksen yhteydessä, tämä vaara on erityisesti paksuilla, esim. 40 mm levyillä.

On mahdollista nopeuttaa uudelleen hydratoitumista 25 ilman, että liian suuri paine-ero johtaa vaurioihin, tällöin levyä jäähdytetään yläpinnalta paisunnan aikana, kun samalla säiliössä 12-14 pidetään höyrynpainetta korkeampana. Jäähdytys voidaan tehdä esim. muottikappaleen yläpuolella lisäämällä jäähdytysainetta.

30 Painesäiliöissä 12-14 tapahtuvan käsittelyn lopuksi levyt kuljetetaan rullakuljettimella 16 kuivaajaan 17, jossa n. 4-5 % jäännöskosteus kuivataan ennen kuin ne kuljetetaan rullakuljettimella 18 kuitupinoon.

Käyttämällä raaka-aineita, joista vesi on helposti 35 poistettavissa, - vedenpoistuvuuteen vaikuttaa kipsin raekoko ja käytetty kuituaines - energiankulutus voidaan mi- β 80439 nimoida, kun levyistä on ennen painesäiliöihin 12-14 siirtämistä poistettu noin 10-15 paino-% vettä. Tässä tapauksessa saadaan poistamalla vettä paineen alentamisen (n. 5 %) ja ominaislämmön aiheuttaman haihtumisen seurauksena 5 painesäiliöistä 12-14 lähdettäessä näennäisesti kuivattuja levyjä, joita ei tarvitse kuivata uudelleen. Tämä saavutetaan kuitenkin vain merkittävällä kipsinvalmistuksen ja vedenpoiston lisäkustannuksella; jolloin samalla täytyy ottaa huomioon vaikeudet kaupan menekkinopeudessa.

10 Kuvion 2 mukainen laitteisto käsittää yhden kolmi osaisen painesäiliön 19, jonka kolme säiliötä on sijoitettu peräkkäin ja tiivistetty toisiaan vasten. Kaksi ensimmäistä osastoa on kukin varustettu lämmityksellä, viimeisessä osastossa on laitteisto vesihöyryn purkamiseksi ja 15 se on yhdistetty ensimmäiseen osastoon höyryputkella. Muotoillut levyt kulkevat painesäiliön 19 läpi pinovaunuun 20, jossa ne pidetään välimatkan päässä toisistaan välilevyjen avulla. Hihnakuljetin 21 siirtää välilevyt takaisin painesäiliön 19 sisäpuolelle. Kipsikuitulevyt esiläm-20 mitetään ensimmäisessä osastossa kolmannen osaston höyryllä, toisessa osastossa kuumennetaan loppulämpötilaan ja kolmannessa jälleen jäähdytetään edellä kuvattua menetelmää vastaten.

Kuvion 3 mukaisessa laitteistossa on kolmiosaiseen 25 painesäiliöön 22 rakennettu hihnakuljetin 22.1, joka on kiinnitetty tiivistyshuulteeseen 22.2 osastojen välillä sisääntulo-, ulosmeno- ja ylityskäytävien kohdalla. Tässä painesäiliön 22 toimintatavassa tuotetaan vaadittava paine levyille jäähdytyksen yhteydessä viimeisessä osastossa 30 hihnakuljettimen 22.1 molemmissa haaroissa.

Claims (13)

1. Menetelmä kipsikuitulevyjen valmistamiseksi, jossa levyt muodostetaan kalsiumsulfaatti-dihydraattia ja 5 kuituainesta sisältävästä massasta lisäaineita käyttäen ja muodostetut levyt kuumennetaan painesäiliössä (12-14, 19,22) kyllästetyn vesihöyryn paineessa 120-160°C, edullisesti 135-145°C lämpötilaan, ja edelleen jäähdytetään 100°C tai sitä alempaan lämpötilaan, tunnettu siilo tä, että painesäiliössä (12-14,19,22) olevaa painetta alennetaan poistamalla vesihöyryä levyjen jäähdyttämiseksi ja että levyt on jäähdyttämisen aikana tiukasti puristettu muottielementtien väliin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että painetta alennetaan vähemmän kuin 1 bar/minuutti.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että levyjen yläpintoja jäähdytetään painetta alennettaessa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetel mä,tunnettu siitä, että vähintään kahta paine-säiliötä (12-14) käytetään vuorotellen, jolloin yhdestä painesäiliöstä (12-14) jäähdyttämistä varten poistettu höyry johdetaan seuraavaksi käytettävään painesäiliöön 25 (12-14).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä,tunnettu siitä, että muodostettujen levyjen pH-arvo säädetään pienemmäksi/yhtäsuureksi kuin 7, edullisesti välille 4-5.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että käytetään kalsiumsulfaatti-dihydraattia, jonka Blainen luku on välillä 1000-3500.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähintään 40 %:lla, edulli-35 sesti enemmällä kuin 70 %:lla kalsiumsulfaatti-dihydraa-tista on Blainen luku, joka on pienempi kuin 2000. ίο 80 439

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massasta muodostetaan kakku imulla tapahtuvan vedenpoiston avulla, minkä jälkeen kakusta poistetaan vettä paineen avulla.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että massasta muodostetaan paineenalaisena kakku, josta edelleen poistetaan vettä paineen avulla useammassa vaiheessa.

9 80439

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että muodostettujen levyjen kosteuspitoisuus ennen kuumennusta on pienempi kuin 40 painoin edullisesti noin 35 paino-%.

11. Laitteisto jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa laitteistossa on 15 laitteet massan muodostamiseksi vedestä, kalsiumsulfaat-ti-dihydraattista ja kuituaineksesta, muotoilu- ja veden-poistolaite (10,11) ja höyrynsyöttövälineillä varustettu painesäiliö (22), tunnettu siitä, että painesäi-liössä (22) on kolme peräkkäistä, toisiinsa nähden eris-20 tettävää osastoa, ensimmäinen ja toinen osasto on varustettu kuumennusvälineillä, viimeinen osasto on varustettu höyrynpoistovälineillä ja yhdistetty ensimmäiseen osastoon höyry johdon kautta, ja että painesäiliön (22) kolmen osaston läpi on johdettu kaksoishihnakuljetin (22.1), joka on 25 tiivistyshuulten (22.2) avulla tiivistetty jokaisen osaston sisääntulon ja ulostulon kohdalla.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä että muotoilu- ja vedenpoistolaite (10,11) käsittää vedenpoistoon tarkoitetun imulaitteen, 30 johon on liitetty vedenpoistoon tarkoitettu painelaite, erityisesti paineteloilla (11) varustettu valssituoli.

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että muotoilu- ja vedenpoistolaite (10,11) käsittää useampivaiheisen, vedenpois- 35 toon tarkoitetun painelaitteen, erityisesti yhden tai useamman sihtinauhapuristimen. ti il 80439