专利名称：多功能高强石膏脱水工艺设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑材料企业自动化、电脑控制石膏结晶水析出量，超前控制产品质量，生产多种半水高强石膏的工艺没备。其产品用于制做各种石膏板、复含型隔墙板、浮雕装饰板、粘结石膏；也用于金属精铸造业一次性模具，陶瓷工业的母模和注浆模具，玩具模，高质医用石膏等。
(二)背景枝术1959年第一次实验在实验室条件下研制了容量5千克密闭容器，筒体夹套，锅炉蒸汽供热蒸压、干燥制取了α型高强石膏，坑压强度28.0MPa～34.9MPa。
1960年第二次实验研究扩大型容量1吨实验容器，定名为《蒸压法α型高强石膏脱水器》，内部装有加热列管，扩大了传热面积，也给降低容器内过饱和度创造了条件。产出的α型高强石膏，抗压强度35.3～46.2MPa。
这次实验，对此前国际三十年诸多有关文默所云“石膏在密闭容器中结晶水的析出呈液态”这一论述产生了疑惑，因此研制了一台9千克实验容器。经一系列测试研究发现，石膏在容器内的压力、温度、饱和水蒸汽条件下，结晶水并没析出，它在石膏体内呈不稳定游离状态，当处于常压或真空条件下，呈汽态匀减速析出石膏体。这一发现，为研究规模化，计量结晶水析出，超前控制产品质量打下了基础。
1968年第三次实验研究容量350千克容器时，订名为《一次热工循环α型高强石膏脱水器》(以下简称“脱水器”)。同时研制了容积式结晶水析出计量装置，计量结晶水析出量。
这次实验为了研究节能等，共制造了三台容量350千克“脱水器”，形成三联组，实现了蒸压结束排出的废汽循环利用。管路系统配置了无定位电动调节阀和压力调节装置等。产出的α型高强石膏标准稠度需水量1∶0.42～1∶0.39，抗压强度34.3MPa～4 .2MPa1972年～1975年第四现实验研制再扩大容量3吨“脱水器”时，为克服器下部积聚来自蒸汽管路冷凝水，设置了筛板等过滤装置，加装了竹节式蒸发管，进一步改善了结晶水蒸发条件。
这次实验是再扩大容量8吨国内二十多生产厂家静态脱水设备的技术基础，然而设备初始尚不完善，在二十多年后今天更显陈旧，有待深化研究改进。
(三)多功能高强石膏脱水工艺设备内容本发明是第一申请人一至四次研究实验的(背景技术)为基础衍生而来、并通过模拟实验验证而取得的新成果。
枝术方案结构原理和配置①脱水机组顶部左侧有液压自动启闭投料机构(附图1-c1·附图2XIII)该机构竖向进料筒体上端与斗式提升机出口软连接，每次投料按额定量通过传感器把数字信号传输到控制中心电脑，园筒形主体呈45°倾角，下端出料口有弹性密封环(阀座)。锥形阀盘固定在中心轴下端，筒形主体上端的双向作用液压油缸的往复运动与径向液压马达的旋转同步启闭，当关闭时与阀座接触压紧密封。
脱水机组顶部中心是液压马达座(水冷式轴承座) (附图1-c2)，回转轴上端密封与液压马达相连；下端与机内远缸外强迫对流机构(附图2-V)上端相连。顶部另一侧设钳式快启闭人孔，附窥视孔等(附图1-c3·附图2IX)。
②脱水机组下部；脱水机组下部连接液压自动启闭卸料机构(附图1-c4)，卸料机构总成全密封无粉尘，下端是锥形漏斗，内设锥体阀，阀中心套筒与导杆滑动相连，保证上下移动不偏离中心。锥体阀上升并旋转与脱水机组卸料口法兰密封圈接触压紧使其密封，该阀顶升压力总和5吨。阀下端套筒下端双耳与叉式杠杆活连接；杠杆中段绞接于卸料机构筒体一侧。杠杆另一端伸于机外，端部与双向作用液压油缸活塞杆上端连接，下部与座相连。锥形漏斗下口密封软连接水平输送机构(非标密封螺旋式输送装置)。
⑨脱水机组中部脱水机组中部是夹套筒体(附图1-c5)，上下两端为半球夹套封头，内设远红外线加热强迫对流机构，(附图2-V)该机构产生远红外线是一种涂料，将其涂于强迫对流机构的内衬筒的外表面和夹套内筒体的内表面。内衬筒和该机构夹套内筒体两者既密封又可坼卸，内衬筒体具有导流功能。
所谓强迫对流，即细颗粒石膏在螺旋回转驱动下，向上移动溢出筒体上口时又靠自身重力向下沉降，依序循环。
脱水机组内部设U形过滤呼吸器(附图2-X)当投料时，机内形成微压气体向外排泄所带粉末被过滤层阻拦，无粉尘气体沿管路排入大气(乎出)。投料完毕，自动关闭排入大气电动阀；来自储能饱和器(图1-b)的高温蒸汽通过它输入脱水机组内(吸入)，快速加热，同时清除粘附在过滤层上的石膏粉末。脱水干燥阶段净化的汽态结晶水(100℃左右)通过它和与连接预热仓的管路阀门将其排入该仓，预热下次投入脱水机组的细颗粒石膏。冷凝水通过喷射器排入保温低位槽(附图1-c10)待利用。预热仓的运作时间与脱水机组的热工周期等同。
④悬架三支臂总成悬架三支臂总成(附图1-c6)的环形结构内径略大于脱水机构(附图1-c)主体外径，所连接的三个支臂各为120°夹角，它是搬运、安装、大修时可与脱水机组主体脱离的分剖大件。
左支臂(附图1-c7)上面承载液压系统油箱，端部上面是单向作用液压油缸与活塞式定位脚相连。
右支臂(附图1-c8)上面承载导热油循环机构(附图1-d)端部上面单向作用液压油缸与活塞式定位脚相车。
导热油循环机构有四种功能，(1)来自脱水机组输出之导热油通过它及其管路输送回加热炉(附图1-a)。(2)导热油含水油汽蒸发。(3)导热油加热后体积膨胀溢流。(4)液位和温度自动控制。导热油循环机构连接脱水机组(附图1-c)的输出管。上部是园筒体，上盖法兰密封，园心位置承载液下泵。泵的输出口接通导热油加热炉(附图1-a)筒体上部一侧配置电磁浮球液位计，直接控制液下泵电机启动或仃止。导热油循环机构筒体下部装有温度控制仪相匹配的热电偶，装在控制中心的温度控制议，一方面记录显示温度值，一方面向导热油加热护(附图1-a)发出上限或下限声光报警信号，指示司炉工调整炉温。
导热油循环机构上筒体底部连接旋流园筒体分离器的上端，旋流园筒体分离器内部中上位置是隔板，板的中心有同心园孔，孔下面连接短管。隔板上面接近上筒体底部外开口，外面连接油汽蒸发管路，管的末端接独立旋流分离器，器前端管口接导热油储库(附图1-c9)。
导热油循环机构筒休上面的液下泵把导热油送往导热油加热炉(附图1-a)在略高于0.01MPa下循环回到脱水机组(附图1-c)第三支臂在工艺流程示意图中看不到，它与左、右支臂相同，上面承载液压系统高压油泵和电机，作用于脱水机组形成高频小幅振动，使机内物料下沉，三个支臂在启动传感器时呈微降状态。各端部上的液压油缸同步驱动各自活塞式定位脚压在弹性缓振装置上，传感器启动与高压油泵电机加速和减速同步，向电脑发出数字信号。
⑤传感器与电脑控制中心将理化检测室发来的石膏原料快速单顶分析结晶水(含附着水)百分含量数据输入电脑，经过运算，确定结晶水在热工过程应保留百分量和应析出百分量。这样超前控制结晶水析出量，就保证了产品质量，在下线前有了准确可靠可控性。目前国内外各种传统技术皆产品下线后进行理化检测确定产品质量，实属“马后炮”举例详述细颗粒二水石膏经提升进入预热系统(附图1-B)的预热仓。理化检测室由仓上、中、下取样口取样，快速分析结晶水(含附看水)百分含量，其数据以报表形式报控制中心签章。控制中心根据结晶水百分含量÷3.4875＝热处理后的半水石膏应保留结晶水含量。
以纯净天然二水石膏结晶水含量20.93％(理论值)热处理脱水变体为半水石膏(CaSO41/2H2O，结晶水保留量应为5％，我们长期研究实践，总结如下天然二水石膏，在变体为半水石膏的热工过程中，结晶水保留量为5％，它的热工周期为100％，如果改变给定参数-结晶水保留量为6％，它的脱水时间可减少53％，而物理性能相差微几；于是按脱水石膏变体为半水石膏结晶水保留量给定为6％从而推导出来3.4875这个常用数。
例1以纯净天然二水石膏结晶水含量20.93％÷3.4875＝6.0014，即脱水后变体为半水石膏应保留的结晶水含量。
例2假设理化检测室在预热仓所取细颗粒二水石膏经快速化学分析结晶水含量为18,4％÷3.4875＝5,2759％，即脱水后变体为半水石膏结晶水应保留量。
己知二水石膏结晶水含量18.4％-13.1241为应析出结晶水％含量。
例3假设投入脱水机组的石膏量为13.33(吨)×13.1241÷100＝1.7494(吨结晶水)，控制中心电脑编程如果只显视析出结晶水量，此时在显视屏上显视1.749(吨)即可确认结晶水析出量已达要求，产品可下线(卸料)启动卸料机构把产品输往磨前仓待磨细。上述是本发明技术理论要点之一。
⑥储能饱和器具有输出计量功能的储能饱和器(附图1-b)应解读为“储能”即来自导热油炉200℃以下高温介质—油，间接加热器内一定量水，从而产生高温蒸汽，当脱水机组(附图1-c)投料完毕，储能饱和器所储存的热能，控制中心根据脱水机组(附图1-c)所需的饱和度将高温蒸汽输入，快速加热所投入的二水石膏。
①附图1说明工艺流程示意图以英文字母标记，大写为系统标记，小写为系统内标记。
破碎系统(附图1-A)为天然二水石膏自料场至颚破机、细碎机，通过垂直提升进入预热系统(附图1-B)再经水平输送和垂直堤升进入脱水机组全系统的(附图1-c)再通过斗式提升机的出口与液压自动投料机构(附图1-c1)的坚向筒体将二水石膏投入脱水机组(附图1-c。脱了水的石膏由脱水机组下部的卸料机构(附圈1-c4进入水平输送机构(密封螺旋输送装置)再通过垂直提升进入均化系统(附图1-D)的磨前仓由磨前仓通过管式螺旋喂料机将脱了水的石膏喂入粉磨系统(附图！-E)的粉磨机；粉状石膏经风送进入旋风分离器和储仓，袋装入成品库或散装外运。
②附图2说明此附图分部件用罗马数字符标记。液压自动启闭卸料机构(附图2-I)液压自动卸料机构锥体阀(附图2-II)液压自动卸料机构钳式快启闭人孔(附图2-III)脱水机组主体(夹套)和卸料口(附图2-IV)远红外加热强迫对流机构(附图2-V)准直连接器(附图2-VI)悬架支臂×3(附图2-VII)导热油循环机构(附图2.-VIII)脱水机组主体钳式块启闭人孔(附图2-IX)U型过滤呼吸器(附图2-X)水冷式轴承座(附图2-XI)顶部平台(附图2-XII)液压自动启闭投料机构(附图2-XIII)液压系统油箱(附图2-XIV)单向作用液压油缸与活塞式定位脚×3(附图2-XV)弹性缓振装置(附固2-XVI)金属保温壳(附图2-XXII)。
(五)对比现有技术现有技术“脱水器”，快状石膏在器内呈静态，受热不均匀造成产品多固相，难溶、不溶石膏和残存二水石膏。蒸汽锅炉供汽所带冷凝水附于石膏颗粒表面，使其溶解析出凝胶体造成颗粒相互胶结卸料难、劳动强度大，投料和卸料有大量粉尘污染。占地面积大，产品热工周期长，器内在干燥脱水阶段结晶水向上蒸发渐进性受阻。料层不宜过高，单机年产只能达到2千吨，不能大规模生产。能耗高，单位吨产品成本高，吨投资多。以压力、温度、时间给定参数运行，与原科品位化学成分多变性脱节，很难准确稳定控制产品质量。
该“脱水器”只能热处理2～4厘米块状石膏，原料在破碎过程产生的细颗粒、粉末，要另设卧式或立式炒锅等生产线进行热处理。产品是质量不稳定低强度普通β型石膏，价格只及α型高强半水石膏三分之一，总体经济效益差。
(六)本发明“多功能高强石膏脱水工艺设备”(附图-1)主机，工艺流程示意图中英文小写-c，总体构造为立式悬架三支臂式，电脑自动控制结晶水析出量和应保留量，超前控制产品质量。复式热源蒸压法热处理二水石膏(CaSO4·2H2O)使其干燥脱水变体为α型半水高强石膏；或中间相半水高强石膏；或β型半水高强石膏。
该机不产生难溶、不溶石膏。全系统封闭，周围环境空气清洁，无粉尘和有害气体污染。控制中心电子信号液压和电动控制投、卸料等。单机组产量1.6万吨/年，一至二联机组岗位员工2人；三至四联机组3人；五联至九联机组4人。
“多功能高强石膏脱水工艺设备”关键词-“多功能”含义是既能生产α型半水高强石膏，亦能生产中间相半水高强石膏和β型半水高强石膏。主体总重14.5吨左右；它的日单机热工周期×4(次)产量16000吨/年，是老技术-“脱水器”的8倍以上。
中间相技术词语，是根据实体显微分析命名，其晶体结构介于α型半水高强石膏和β型半水高强石膏两者之间；这种产品标准稠度需水量明显低于普通β型石膏，略高于α型半水高强石膏。强度明显高于β型半水高强石膏，略低于α型半水高强石膏。与国外有关文献论述的“α型脱水半水石膏”概念不同，本发明所述中间相半水高强石膏是“多功能高强石膏脱水工艺设备”特有工艺条件下的产品。这种产品用于制做陶瓷模具，流动度大，有利于充满母模或模具角落空间。凝结硬化后干燥到恒重对瓷浆吸水率高，强度大。
(七)具体实施方案α型高强石膏为基材，在生产同时，可按不同市场需求加入无机混合材料制成高附加值铸造石膏、防射线石膏等特种石膏。
中间相高强石膏，主要用于陶瓷工业制作陶瓷模具等。
β型高强石膏，它与生产α型高强石膏和中间相高强石膏相比，其产量可提高15～20％，主要用于纸面或非纸面石膏板，刨花板、浮雕装饰板等。
(八)简略经济分析E-8000型(0.8万吨/年)，单位产品吨投资230元左右，α型和中间相高强石膏以石膏矿石进厂价80元/吨计算，单位吨/产品生产成本205元左右。近矿(井)建厂160元/吨左右。
E-16000型(1.6万吨/年)，单位产品吨投资190元左右，投资成本低干E-8000型。E16000型单元机组×2以上规模越大，单位产品吨投资越少，吨成本越低。单元机组×9可匹配大型两千万平米/年纸面石膏板生产线所需的β型高强石膏粉18万吨/年。
E16000型单元机组×9产量按年工作日300天计算，剩佘65天可用于设备检修。例如在年产两千万平方米纸面石膏板生产线上，九单元机组中有一到两个单元机组因故停机或按计划维修，其余机组仍可正常运转，这样对整个生产线年运转计划定额不会造成影响。
本发明“多功能高强石膏脱水机组”生产运行寿命十一万小时，是只能生产β型石膏—彼特磨的三倍多。主体结构用材是根据中国高质量导热油最高闪点三分之二℃考虑，常压循环，无蠕变，磨损和腐蚀裕度是根据背景技术“脱水器”实测数据计算确定。
权利要求
1.一种《多功能高强石膏脱水工艺设备》，其特征是液压自动投料(说明书附图2-XIII，液压自动卸料(说明书附图2-I)，传感器向电脑传输数字信号，控制结晶水应析出和应保留量，超前控制产品质量，远红外线加热强迫对流(说明书附图(2.-V)U型过滤呼吸器(说明书附图2-X)
2.根据权利要求1《多功能高强石膏脱水工艺设备》所述液压自动投料(说明书附图2-XIII)其特证是倾角45°圆筒上端装有双向作用液压油缸，驱动圆筒内中心轴往复运动，轴的下端连接盘式锥形阀，圆筒体上部外测设径向液压马达与筒体上端双向作用油缸同步启闭，它可驱动圆筒内的回转清扫器，清扫器固定在中心轴上
3.根据权利要求1《多功能高强石膏脱水工艺设备》所述液压自动卸料，其特征是(说明书附图1-c4、说明书附图2-I)下端是锥形漏斗，内设锥体阀，阀中心套筒与导杆滑动相连，锥体阀上升并旋转与脱水机组卸料口法兰接触压紧使其密封，阀下面套筒下端双耳与叉式杠杆活连接，杠杆中段绞接于筒体一侧，杠杆另一端伸于机外，锥形漏斗下口密封软连接水平输送机
4.根据权利要求1《多功能高强石膏脱水工艺设备》.所述传感器向电脑传输数字信号，控制结晶水应析出和应保留量，超前控制产品质量；其特征是理化检测室经由预热仓的上、中、下三个取样口取样；经单项分析结晶水(含附着水)百分含量数据由控制中心将该数据输入电脑；经计算，确定结晶水在热工过程应保留和应析出百分量，超前保证产品在下线前有了准确可靠可控性。传统技术皆在产品下线后进行理化检测确定产品质量，属实“马后炮”。详述特征控制中心把理化检测室报来的结晶水百分含量数据÷3.4875＝热处理后的半水石膏应保留结晶水含量。以纯净天然二水石膏结晶水含量20.93％(理论值)热处理脱水变体为半水石膏(CaSO4·1/2H2O)结晶水保留量应为5％，我们长期实验总结如下天然二水石膏在变体为半水石膏热工过程中，结晶水保留5％，它的热工周期为100％，如果改变给定参数—结晶水保留量为6％，它的脱水时间可减少53％，而物理性能相差微几。于是按脱水石膏变体为半水石膏，结晶水保留量给定为6％；从而推导出来3.4875这个常用数。以吨净天然二水石膏结晶水含量20.93％÷3.4875＝6.0014，即脱水后变体为半水石膏应保留的结晶水％含量。假设理化检测室在预热仓取细颗粒二水石膏，经快速化学分析结晶水含量为18.4％÷3.4875＝5.2759，即脱水后变体为半水石营结晶水应保留％含量。已知二水石膏结晶水含量18.4％-5.2759＝13.1241％为应析出结晶水量。假设投入脱水机组的石膏量为13.33(吨)×13.1241÷100＝1.749(吨结晶水)；如果控制中心电脑编程只显示析出结晶水量，此时显示屏上显示1.749(吨)，可确认结晶水析出量已达要求，产品可下线(卸料)。
5.根据权利要求1《多功能高强石膏脱水工艺设备》所述远红外线加热强迫对流，(说明书附图2-V)其特征是产生远红外线之涂料涂于强迫对流机构内衬筒体的外表面和夹套内筒体的内表面，内衬筒和该机构夹套内筒体两者既密封又可拆卸，内衬筒具有导流功能，在螺旋回转驱动下细颗粒石膏向上移动溢出筒体又靠自身重力向下沉降依序循环
6.根据权利要求1《多功能高强石膏脱水工艺设备》所述U型过滤呼吸器(说明书附图2-X)其特征是当投料时机内形成微压气体向外排泄所带粉茉被过滤层阻拦，无粉尘气体沿管路排入大气(呼出)，投料完毕同时自动关闭电动阀和打开储能饱和器(说明书附图1-b)的电动阀门，迅速输入高温蒸汽(吸入)快速加热，从而清除了粘附在过滤层上的石膏粉茉，脱水干燥阶段净化了的汽态结晶水通过它和与连接预热仓的管路上的阀门将其排入该仓预热待下次投入脱水器的细颗粒石膏。
全文摘要
多功能高强石膏脱水工艺设备，本发明属建筑材料领域。全封闭无粉尘，电脑监测结晶水析出，超前控制产品质量。能生产α型、中间相型、β型高强石膏。导热油热源与储能饱和器相匹配，缩短热工周期；废汽循环利用。控制中心根据化学分析结晶水含量计算出应保留和应析出量。液压自动投料机构(图IX)；液压自动卸料机构(图I)；锥体阀(图II)；卸料口与夹套(图III)；准直连接器(图V)远红外线加热强迫对流机构(图IV)；U形过滤呼吸器(图VIII)；悬架支臂(图VI)；导热油循环机构(图VII)；单向作用液压油缸(图X)；定位脚(图XI)。
文档编号C04B11/02GK1597589SQ200410055568
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月4日 优先权日2004年8月4日
发明者于昌, 于棣春, 于棣秋 申请人:于昌, 于棣春, 于棣秋