NO149954B - Kontinuerlig fremgangsmaate til fremstilling av gipsplater - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en kontinuerlig fremgangsmåte til fremstilling av gipsplater, hvor kalsinert gips bestående hovedsakelig av kalsiumsulfat-hemihydrat blandes med vann og formes til plater i et platefremstillingsmaskineri, hvoretter platene tørkes til gipsplater bestående hovedsakelig av kalsiumsulfat-dihydrat, ved hvilken fremgangsmåte en redusert vanntilsetning tilsiktes, karakterisert ved at

(1) utgangsmaterialet av kalsinert gips blandes med en vannmengde som utgjør 1 - 8 vektprosent, beregnet på den kalsinerte gips, (2) den med vann blandede kalsinerte gips gis anledning til å heles, (3) den helede kalsinerte gips innmates i en gipsoppslemningsmikser, (4) ytterligere vann tilsettes til den helede kalsinerte gips i oppslemningsmikseren, idet man med et mindre totalt vannforbruk enn vanlig oppnår å gi gipsoppslemningen passende flyteevne (fluiditet) for fremstillin-gen av gipsplater, (5) den helede kalsinerte gips og vannet blandes i oppslemningsmikseren under dannelse av en homogen opp-slemning for tilførsel til platefremstillingsmaskine-riet.

Kontinuerlig kalsinering av gips, som beskrevet i US-patent nr. 3 236 509, er av betydning ved rasjonell fremstilling av stukkgips (kalsiumsulfat-hemihydrat) som er særlig godt egnet til bruk ved fremstilling av gipsplater. De egenskaper som kreves for stukkgips til bruk ved fremstilling av gipsplater under anvendelse av moderne automatisk utstyr, avviker vesentlig fra de egenskaper som kreves for såkalt sekkegips (bag plaster), som vanligvis fremstilles chargevis i kjeler. Det er blitt funnet at stukkgips som er fremstilt ved den kontinuerlige prosess, hovedsakelig avviker fra chargevis fremstilt stukkgips når det gjelder aldrings- og herdningsegenskaper. Da den kontinuerlig fremstilte stukkgips ikke skal lagres i lengre tid, men gjerne skal benyttes til fremstilling av gipsplater i løpet av et par dager, om ikke øyeblikkelig, så behøver materialet ikke å oppvise

aldringsstabilitet i lengre tid.

Ved automatisert gipsplatefremstilling går en stor del av prosesseringstiden og prosesseringsenergien med til fjerning av overskudd av vann fra den våte plate. Et betydelig overskudd av vann er- påkrevet ved gipsplatefremstilling for at den kalsinerte gips skal få den ønskede flyteevne, slik at det oppnås tilfredsstillende utflyting av gipsoppslemningen. Kalsinert gips fremstilt ved kontinuerlig kalsinering vil således ha en dispersjonskonsistens på ca. 120 - 200 ml. Med "dispersjonskonsistens" me-nes her det volum av vann i ml som er påkrevet for oppnåelse av en standardviskositet eller flyteevne når 100 g kalsinert gips dispergeres ved mekanisk blanding i en høyhastighetsblander i 7 sek. Mens dispersjonskonsistensen således kan uttrykkes ved en tallverdi, vil det dog forstås at denne tallverdi kan variere noe fra ett prosessanlegg til et annet, i avhengighet av den spe-sielle stukkgips som anvendes, og den flyteevne som ønskes for en gitt stukkgips i et gitt anlegg.

En dispersjonskonsistens på 120 - 200 ml indikerer et vannforbruk på 85 - 100 deler vann pr. 100 deler av den kalsinerte gips i et moderne automatisert gipsplateanlegg. Den teoretiske mengde vann som kreves for omdannelse av kalsiumsulfat-hemihydratet i den kalsinerte gips til herdnet kalsiumsulfat-dihydrat, er bare 18,7 vektprosent på basis av rent materiale. Dette be-tyr at 67 - 82% av vannet må fjernes ved tørkingen av platen.

Man har på dette område i lengre tid søkt å redusere kost-naden og å øke hastigheten ved den kontinuerlige fremstilling av gipsplater. Hvis.effektive praktiske midler kunne finnes, ville en sådan metode være å redusere mengden av vann som er påkrevet for å gi den kalsinerte gips som anvendes ved automatisk platefremstilling, tilstrekkelig flyteevne. Det vil si at hvis den vannmengde som kreves for tilfredsstillende dispersjonskonsistens, kunne reduseres med ca. 20 - 50%, så ville det være tilsvarende mindre fritt vann å fjerne fra den våte plateoppslemning. Dette ville effektivt nedsette energibehovet ved tørking av et gitt volum av våt plate og enten nedsette tørketiden i ovnene, senke de temperaturer som må anvendes for fullstendig tørking i ovnene, eller begge deler.

Fremgangsmåter til fremstilling av kunstig eldnet eller "lavkonsistens"-stukkgips er blitt funnet når det gjelder chargevise kjeleoperasjoner. Den såkalte "aridizing process" eller "uttørkingsprosess" som er beskrevet av Brookby i US-patent nr. 1 371 581 og senere beslektede patenter, beskriver tilsetning av et utflytingsfremmende materiale, såsom et klorid av et jordal-kalimetall, til stukkgipsen under den chargevise kalsinering. Denne metode er imidlertid ikke effektiv når det gjelder kontinuerlig kalsinert gips. Videre er tilsetning av salt ikke ønske-lig, fordi denne hygroskopiske forurensning er meget skadelig for plateegenskaper såsom plastisk flyting og binding av papir til kjerne. Det har også lenge vært kjent når det gjelder chargevis kalsinering, at kunstig aldring kan oppnås ved hjelp av vanntilsetning. Ett slikt forsøk er beskrevet i US-patent nr. 1 713 87S, hvor enten "single boil" eller "double boil" kalsinert gips ble eldnet ved at 1 tonn stukkgips ble plassert i en gipsblandemaskin og vann ble tilsatt over et tidsrom på 5 - 6 min. Et annet forsøk er beskrevet i US-patent nr. 2 177 668, hvor kalsinert gips med et innhold av bundet vann på ca. 2% (som viser at det foreligger betydelige mengder aktiv anhydritt) ble utsatt for en fuktig gass, såsom luft ved 60% relativ fuktighet, inntil tilstrekkelig vann var tatt opp av den overkalsinerte gips til å rehydratisere anhydrittinnholdet til hemihydratet. Den ved disse prosesser således behandlede kalsinerte gips viste ikke bare en reduksjon i konsistensen, men herdnet også hurtigere. Eksempelvis viste det seg således at et behandlingstrinn omfat-tende bråkjøling med vann og som reduserte dispersjonskonsistensen av den bråkjølte kalsinerte gips til en verdi på 56, straks forkortet herdningstiden til 25 min, og etter eldning i 14 dager viste gipsen en herdningstid på bare 6 min. Et slikt hurtig-herdnende materiale er åpenbart ikke egnet, uten uønsket store sammensetningsmessige korreksjoner, for automatisert kontinuerlig platefremstilling, fordi oppslemningsmassen vil begynne å herdne under blandingen i oppslemningsmikseren, hvilket ville re-sultere i dårlig platekvalitet og en betydelig grad av produk-sjonsavbrudd og rengjøring. I henhold til US-patent nr. 3 415 910 ble det funnet at hurtigherdningsulempene ved bruk av chargevis bråkjølt kalsinert gips kunne overvinnes ved å bråkjøle den kalsinerte gips mens massen av kalsinert gips fremdeles er varm, med temmelig store mengder vann for bråkjøling av stukkgipsen, med påfølgende stabilisering av materialet ved ny oppvarm- ning av kjeleinnholdet til ca. 124 C. Den således behandlede stabiliserte stukkgips viste ikke bare en reduksjon i konsistensen, men viste også at herdningstiden og det "dispergerte overflateareal" ikke varierte for sterkt ved eldning. En slik behandling krever betydelige vannmengder ved nedkjøling av "varm"

stukkgips og også et betydelig energiforbruk til først å oppvarme stukkgipsen før bråkjøling og senere påny oppvarme den bråkjølte stukkgips for stabilisering. Den lengre syklustid pr. charge for de to tilleggsoperasjoner vil medføre øket kapitalinvestering for det automatiserte utstyr og er energi-intensiv. Videre reduserer denne prosess kjelenes effektive kapasitet med minst 50% og ville økonomisk sett være helt uakseptabel for platefremstilling med de nåværende kostnader til brensel og tilleggsutstyr.

På basis av ovenstående ville fagmannen vente at vannbehand-<,

let kalsinert gips vil være tilbøyelig til å herdne hurtig og medføre øyeblikkelig tilherdning under produksjonsprosessen med mindre den stabiliseres slik som angitt i ovennevnte US-patent nr. 3 415 910.

Ennvidere resulterte forsøk på å tilpasse vannbehandlingen alene til kontinuerlig kalsinering, i produkter som viste ufull-stendig behandling, forkortning av herdetiden og høyt energiforbruk .

Mens disse behandlinger er blitt akseptert på markedet for chargevise operasjoner, er det alminnelig kjent at de ikke er hensiktsmessige for kontinuerlig kalsinert gips til bruk ved gipsplatefremstilling under anvendelse av automatiserte prosesser.

Oppfinnelsen tar først og fremst sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte til kontinuerlig behandling av kalsiumsulfat-hemihydrat, slik at det samlede vannbehov for den kalsinerte gips nedsettes, idet denne behandling inngår som del av en kontinuerlig fremgangsmåte til fremstilling av gipsplater. Vannbehovet kan eksempelvis reduseres med 20 - 30%.

Trinn (1) til (3) i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ut-føres normalt ved at vann kontinuerlig og homogent blandes inn i en strøm av kalsinert gips, slik at det inkorporeres 1 - 8% fritt vann i strømmen av kalsinert gips, den blandede masse gis anledning til å heles mens den behandlede gipsmasse kontinuerlig til-føres en oppslemningsmikser medhørende i et automatisert utstyr for gipsplatefremstilling. Om det ønskes, kan det vann som tilsettes i trinn (1), innblandes i en del av utgangsmaterialet -av kalsinert gips, og etter ca. 1 minutts heling blandes denne del med resten av den kalsinerte gips. Således kan eksempelvis 50 - 75 vektprosent av den kalsinerte gips kontinuerlig avgrenes og behandles med en strøm av vann under homogen blanding for tilsetning av ca. 6% fritt vann til denne del av strømmen av kalsinert gips. Den behandlede strøm gjenforenes og blandes med strømmen av ubehandlet kalsinert gips, slik at det erholdes en samlet netto-inkorporering på ca. 3-4% fritt vann i den samlede blandede strøm. Den samlede strøm gis anledning til å heles i ca. 2 min før den kommer inn i oppslemningsmikseren tilhørende det automatiserte gipsplatefremstillingsutstyr. Herved oppnås et ensartet helet materiale selv om bare ca. halvparten av den kalsinerte gips ble behandlet med vann til å begynne med (jfr. eksempel 2).

Kalsinert gips er et høyst dynamisk system som forandrer seg med tiden, temperaturen og fuktigheten. Industrien på om-rådet har brukt betydelig tid og penger for å oppnå ensartet konsistens ved av-ventilering av vann, rotering av lagringssiloerf og lignende, men slike anstrengelser har ikke resultert i den store reduksjon i den vannmengde som må tilsettes, som den man oppnår ved foreliggende fremgangsmåte. Det oppnås ved denne fremgangsmåte en ensartet herdning og et ensartet, sterkt redusert vannbehov som hittil ikke er blitt oppnådd ved de vanlige platefremstillingsmetoder.

Skjønt det har vært kjent en tid at gips kan vann-"eldnes" når det gjelder charge-prosesser, så har dette ikke vært benyt-tet på kontinuerlig basis pga. den skadelige bivirkning at gipsen herdner hurtig, hvilken bivirkning normalt er forbundet med vannbehandlet stukkgips som ikke er blitt gjenoppvarmet, og på grunn av materialbehandlingsproblemer. Videre har ingen funnet en fremgangsmåte til å oppnå dette uten å bevirke tilstopping av utstyret. Forsøk på å inkorporere hele den mengde av vann som trenges, i vanlig blandeutstyr resulterer i skadelig klumping og oppbygging av klumper i apparaturen.

Arten av den kalsinerte gips som behandles ved den foreliggende fremgangsmåte, er ikke kritisk eller avgjørende, og hvilken som helst konvensjonell kalsinert gips for platemaskinen kan anvendes. Man foretrekker at det kalsinerte gips-utgangsmate-riale er en kontinuerlig produsert stukkgips med en dispersjonskonsistens (som definert innledningsvis) på ca. 100 - 160 ml, men dette kan selvsagt variere i avhengighet av fremstillingsmå-ten . Fig. 1 viser grafisk sammenhengen mellom den kalsinerte gipsens dispersjonskonsistens (som definert innledningsvis) og vanntilsetning i vektprosent i trinn (1). Fig. 2 viser grafisk hvordan dispersjonskonsistensen påvir-kes av tiden regnet fra vanntilsetning i trinn (1), dvs. helingstiden.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Ved forsøk, hvor fullverdige gipsplater ble fremstilt i in-dustriell målestokk, ble utgangsmaterialet av kalsinert gips forbehandlet med vann slik at innholdet av fritt vann i det helede materiale var 3 vektprosent (som er nær det optimale). I utstyret for kontinuerlig gipsplatefremstilling var det mellom det kontinuerlig arbeidende kalsineringsutstyr og oppslemningsmikseren innskutt en vannbehandlingsinnretning som hovedsakelig besto av en horisontal blander med rørearmer, og som for kontinuerlig drift var forsynt med et innløp for kalsinert gips og et utløp for det med vann behandlede"materiale. Vannet ble tilført gjennom en åpning i en ca. 10 mm nippel innskrudd i blandeinnretnin-gens sidevegg, ca. 15 cm fra nevnte innløp. Vanntilførselen var ca. 400 kg/time. Den kalsinerte gips som skulle behandles, hadde et overflateareal på ca. 3 500 cm 2/g og ble innmatet horisontalt i blanderen i en kontinuerlig strøm med en hastighet på ca. 10 tonn/time. Etter at vannet var blandet med den kalsinerte gips i blandeinnretningen, ble det således forbehandlede gipsma-teriale ført inn i dekkede transportskruer, i hvilke gipsmaterialet hadde en oppholdstid på ca. 3,5 min for heling. Det helede materiale ble deretter ved hjelp av en luftstrøm ført gjennom et rør, diameter ca. 30 cm, med en hastighet på ca. 180 kg/min, under tilsetning av varme avgasser (fra kalsineringsutstyret), idet gasstrømmen tjente til å transportere gipsmaterialet, hvor-under dette undergikk en delvis tørkning. Det helede materiale ble oppsamlet og ført til en gipsoppslemningsmikser, i hvilken en relativt liten mengde ytterligere vann ble tilsatt til det helede materiale for oppnåelse av en gipsoppslemning med egnet fluiditet for fremstilling av gipsplater. Gipsoppslemningen ble innmatet i et platefremstillingsmaskineri, og de produserte plater ble deretter tørket i en ovn.

EKSEMPEL 2

En del av den kalsinerte gips som transporteres fra lag-ringssiloen til gipsoppslemningsmikseren, ble avgrenet og kontinuerlig ført gjennom en blander med middels høy skjærkraftvirk-ning. Den tørre kalsinerte gips, som hadde en temperatur på 6 5,5 - 76,7°C, ble innført i blandebeholderen i en mengde på

ca. 4,5 tonn pr. time (tilsvarende ca. 50% av materialstrømmen), mens en liten strøm av vann ble inndosert sentralt i blandebeholderen i en mengde på 7,56 1 vann pr. min, tilsvarende ca. 4 54 1 pr. time. Blandevirkningen ble oppnådd ved hjelp av en propell av motorbåt-typen, diameter 25,4 cm, i en sylindrisk beholder med en diameter på ca. 30,5 cm og en høyde på ca. 38 cm. Pro-pellens omdreiningstall var ca. 350 omdr. pr. min, og blandevirkningen var slik at det innkommende vann etter blanding med den kalsinerte gips, sammen med denne førtes nedover og rundt i be-holderen og deretter opp og ut gjennom overløpsåpningen ved be-holderens topp. Materialet fra overløpet ble så gjenforenet med resten av strømmen og ble ført til gipsoppslemningsmikseren for blanding med vann og fremstilling av gipsplater. Ca. 7,56 1 vann/min var blitt tilsatt til halvparten av den kalsinerte gips under behandlingsoperasjonen; derved kunne den påfølgende vanntilsetning til gipsoppslemningsmikseren reduseres med 26,4 l/min, idet man allikevel oppnådde tilfredsstillende konsistens for den behandlede gips. Som resultat herav var det mulig å nedsette ovnstemperaturen ved tørkingen av den våte gipsplate ca. 22,4°C og likevel opprettholde produksjonshastigheten. Mengden av for-dampet vann ved tørkingen av den hydratiserte gips ble redusert med ca. 20%.

EKSEMPEL 3

I hvert av åtte forskjellige forsøk ble ca. 4 000 g kalsinert gips ved romtemperatur forbehandlet med forskjellige mengder vann i trinn (1).

Ca. 20 min etter forbehandlingen ble dispersjonskonsistensen bestemt, og resultatene er vist ved kurven på fig. 1. Denne viser hvordan dispersjonskonsistensen avtar med økende mengder vann tilsatt i trinn (1) , og at nedsettelsen er optimal ved ca. 3,5% vanntilsetning.

EKSEMPEL 4

En rekke prøver av kalsinert gips ble forbehandlet med 3% vann på samme måte som i eksempel 3.

Dispersjonskonsistensen eller vannbehovet ble bestemt etter nøyaktig målte tidsperioder regnet fra forbehandlingstidspunktet til test-tidspunktet. Resultatene av bestemmelsene viser at forbehandlingen blir mer effektiv når nevnte tidsperiode forlenges, og at størstedelen av reduksjonen i det endelige vannbehov oppnås i de første 2 min, videre at maksimal reduksjon praktisk talt oppnås i løpet av 20 minutters helingstid, som vist på

fig. 2.

Mens det ovenfor er beskrevet spesielt foretrukne utførel-sesformer, vil det være klart for fagmannen at forskjellige for-andringer og modifikasjoner kan foretas. For eksempel kan vanlige akseleratorer, retardatorer og blandinger derav for kalsiumsulfat-hemihydrat anvendes i vanlige mengder for oppnåelse av kjente virkninger. Videre vil det forståes at helingstiden og den mengde vann som anvendes i trinn (1) hensiktsmessig kan vari-eres i betydelig grad avhengig av bl.a. produksjonshastigheten ved det aktuelle anlegg og lignende betingelser, med sikte på oppnåelse av best mulige resultater.

Claims (1)

1. Kontinuerlig fremgangsmåte til fremstilling av gipsplater, hvor kalsinert gips bestående hovedsakelig av kalsiumsulfat-hemihydrat blandes med vann og formes til plater i et platefremstillingsmaskineri, hvoretter platene tørkes til gipsplater bestående hovedsakelig av kalsiumsulfat-dihydrat, ved hvilken fremgangsmåte en redusert vanntilsetning tilsiktes, karakterisert ved at (1) utgangsmaterialet av kalsinert gips blandes med en vannmengde som utgjør 1 - 8 vektprosent, beregnet på den kalsinerte gips, (2) den med vann blandede kalsinerte gips gis anledning til å heles, (3) den helede kalsinerte gips innmates i en gipsoppslemningsmikser, (4) ytterligere vann tilsettes til den helede kalsinerte gips i oppslemningsmikseren, idet man med et mindre totalt vannforbruk enn vanlig oppnår å gi gipsoppslemningen passende flyteevne (fluiditet) for fremstillin-gen av gipsplater, (5) den helede kalsinerte gips og vannet blandes i oppslemningsmikseren under dannelse av en homogen opp-slemning for tilførsel til platefremstillingsmaskine-riet.