最小化石膏漿流動期間空氣-漿體分離的方法和設備的制作方法
【專利摘要】一種用于向網狀物提供均勻混合的添加劑增強的石膏漿的方法和設備。通過混合器(12)的至少一個進口(26、28)將煅燒石膏和水加進混合器(12)中。攪拌內容物以形成漿體。使漿體從混合器(12)的出口(34)進入導管(38)。沿著導管(38)的長度將添加劑引入漿體中，以獲得漿體／添加劑混合物的流動流。皆在流動流離開導管的出口(42)之前，在導管(38)中擴大流動流的橫截面(60)而不改變流動流的方向，和改變流動流的方向而不擴大流動流和導管(38)的橫截面(60)。
【專利說明】最小化石膏漿流動期間空氣-漿體分離的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于由包括煅燒石膏(即，半水合硫酸鈣或無水石膏)和水的原材料制備石膏產品(即，包括硫酸鈣二水合物的產品)的方法和設備。更具體地，本發明涉及連同拌漿器使用的改進的方法和設備，拌漿器一般用于將攪拌的石膏漿供應至壁板生產線。本設備提供了從混合器引導的改進的導管，其最小化石膏漿流動通過導管到達出口期間空氣-漿體的分離。
【背景技術】
[0002]眾所周知通過以下生產石膏產品:在水中均勻地分散煅燒石膏，以便形成漿體，然后將漿體澆鑄到期望的成形模型中或澆鑄到表面上，且使漿體凝固，以便通過煅燒石膏(半水合硫酸鈣或無水石膏)與水的反應形成硬化石膏，從而形成含水的石膏(硫酸鈣二水合物)。同樣眾所周知的，通過將水成泡沫均勻地混入漿體中以便產生氣泡來生產輕質石膏產品。如果氣泡不能在硬化石膏形成之前從漿體中逸出，這將在凝固的石膏產品中產生均勻分布的空隙。空隙降低最終產品的密度，經常將其稱為“泡沫石膏(foamed gypsum)”。
[0003]在共同受讓的美國專利號5，683，635,5, 643，510,6, 494，609和6，874，930中公開了用于處理與泡沫石膏的生產相關的一些操作問題的現有設備和方法，這些專利通過引用并入。本發明一般地涉及泡沫石膏在石膏壁板的生產中的使用。
[0004]石膏壁板混合器一般包括限定具有進口的混合室的外殼，所述進口用于接收煅燒石膏和水、本領域眾所周知的其他添加劑。混合器包括葉輪或其他類型的攪拌器，用于攪拌內容物，以將其混合成混合物或漿體。這樣的混合器一般具有矩形的卸料閘門或槽，其具有阻塞套(cutoff block)或阻塞門。卸料閘門控制來自混合器的漿體的流動，且當產品需求改變時如當期望較厚或較薄的壁板時，難以調整以改變漿體流動。
[0005]已經發現，期望在漿體離開導管出口之前降低漿體導管中的漿體的壓力，以便避免破壞壁板生產線中先前沉積的漿體的分布。這通過提供混合器和導管出口之間的導管的方向的一次或更多次變化，如通過沿著導管的長度提供一個或更多個彎管或彎頭完成，并且也通過擴大導管中的漿體的流動流的橫截面，同時改變流動流的方向完成。在已知的構造中，同時地在包括90度彎管的接受器(boot)中發生流動流的擴大和流動流的方向的改變，90度彎管遍及彎管的90度彎頭具有漸增直徑。
[0006]當漿體-泡沫添加劑混合物使得空氣含量接近或超過40%時，于是隨著混合物的流動流經過具有擴大直徑的彎頭，存在顯著并且不期望的空氣與漿體的分離。
[0007]因此，如果存在仍然提供經由導管的方向的改變和流動流的直徑的增加降低漿體流動流的壓力，同時減少導管中空氣與漿體的分離的量的方法和設備，這將是本領域的改進。

【發明內容】

[0008]發明人意料地發現，與如果改變流動流的方向和擴大流動流的橫截面在不同的時間和在不同的空間位置上發生相比，改變流動流的流動的方向同時擴大流動流的橫截面引起更大的空氣與漿體的分離。
[0009]因此，通過其中導管用于從混合器中排出漿體的本發明的設備和方法提供意想不到的改進，在混合器中在不同的時間和空間位置上提供導管中的流動流的方向的改變和流動流的橫截面的擴大。
[0010]在實施方式中，用于向網狀物(web)提供均勻地混合的添加劑增強的石膏漿的方法包含:將煅燒石膏和水通過混合室的至少一個進口加進混合器的混合室內，攪拌混合室的內容物以便形成包括煅燒石膏的水分散體的漿體，使漿體從混合器的出口進入包括導管的漿體分散設備，在沿著漿體分散設備中的導管長度的點上將添加劑引入漿體中，以實現通過導管的漿體/添加劑混合物的流動流，以及在流動流從導管的出口離開之前，擴大導管中的流動流的橫截面而不改變流動流的方向，和改變流動流的方向而不擴大流動流和導管的橫截面。
[0011]在還有的另一個實施方式中，設備經配置連接至混合器，用于接收石膏漿，該設備包括具有與混合器出口漿體接收聯通的主進口的導管，且在下游方向延伸至用于排出漿體的噴口，導管為漿體的流動流提供流動路徑，導管中的至少一個彎頭引起主進口和噴口之間的流動流的方向的改變，其中流動流的橫截面不在彎頭中擴大，并且導管中的至少一個擴大截面引起主進口和噴口之間的流動流的橫截面的擴大，其中流動流未在至少一個擴大截面中改變方向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]在所附權利要求中具體闡明據信是新穎的本發明的特征。本發明連同進一步的目標和優勢可通過參考結合附圖的【具體實施方式】最好地理解，在幾個圖中其中相同的參考數字代表相同的元件，并且其中:
[0013]圖1是并入本發明特征的混合設備的不完全的示意性俯視平面圖。
[0014]圖2是以分離狀態示出的圖1減壓設備的第一實施方式的側面正視圖。
[0015]圖3是以分離狀態示出的圖1減壓設備的第二實施方式的側面正視圖。
[0016]圖4是圖1混合設備的可選實施方式的不完全的示意性俯視平面圖。
【具體實施方式】
[0017]現在參考圖1，用于混合和分散漿體的混合設備通常被指定為10，且該設備包括具有經配置以接收和混合漿體的外殼14的混合器12。外殼14限定優選地大體上形狀是圓柱形的混合室16，具有大體上垂直的軸18、和上部徑向壁20、下部徑向壁22和環形外圍壁24。在上部徑向壁20中，接近垂直軸18布置用于煅燒石膏的進口 26和用于水的進口 28。應該明白，分別地將進口 26、28連接至石膏和水供應容器(未示出)，使得可通過簡單的重力進料將石膏和水供應至混合室16。同樣地，如本領域眾所周知的，除了石膏和水之外，經常在漿體中采用的制備石膏產品的其他材料或添加劑(例如，加速劑、緩聚劑、填料、淀粉、粘合劑、補強劑，等等)也可通過類似地布置的這些或其他進口供應。
[0018]攪拌器30被布置在混合室16中，且具有與垂直軸18同中心地布置的大體上垂直的驅動軸32，且延伸通過上部徑向壁20。將軸32連接至常規驅動源如電動機上，以在不論什么速度下旋轉軸，適于攪拌攪拌器30以混合混合室16的內容物。在275-300rpm范圍內的速度是常見的。該旋轉在大體上離心的方向引導所得的水相漿體，如由箭頭A指示的逆時針方向向外盤旋。應該明白，攪拌器的這種描述是相對過分簡單化的且只意味著表明通常在本領域已知的石膏漿混合室中采用的攪拌器的基本原理。考慮可選的攪拌器設計，包括采用銷軸或漿葉的那些。
[0019]在外圍壁24中提供出口 34，也被稱為混合器出口、卸料閘門或槽，用于將包括一半以上已混合好的漿體的部分排放到本文通常稱之為混合和分散設備36中。雖然常規出口的橫截面一般是矩形的，本發明出口 34的橫截面優選是圓形的，然而取決于應用可考慮其他形狀。同樣，盡管考慮混合器12的具體構造可變化，但是優選地，本發明混合器具有通常用于石膏壁板的制造中的離心型，并且也具有其中出口 34成切線地將漿體分散至外殼14的類型。雖然常規混合器一般在出口 34上提供阻塞套，以便機械地調節用于期望壁板厚度的漿體的流量，典型地是I / 4”至I”的范圍，但是已經發現這樣的阻塞套經常提供石膏過早凝固的位點，導致漿體累積和生產線的最終堵塞和中斷。
[0020]混合和分散設備36包括細長的、優選地圓柱形的管或導管38，且具有與混合器出口 34漿體接收聯通的主進口 39，以及具有添加劑進口 40如螺紋接套，用于在已經充分地混合漿體之后引入水成泡沫或其他期望的添加劑，如緩聚劑、加速劑、分散劑、淀粉、粘合劑和強度-增強產品如多磷酸鹽，一般地為三偏磷酸鈉，所有這些都是在壁板領域中已知的。期望的是，當泡沫是添加劑時，在漿體中將它均勻地混合，但是不將其過度地攪拌到將其分解的程度。同樣地，接近出口 34和主進口 39、僅在出口 34和主進口 39之后或下游，將泡沫引入添加劑進口 40以便延長與漿體的混合時間，這是常見的。然而，取決于具體應用，考慮添加劑如泡沫可在沿著設備36的其他位置被引入。
[0021]優選地，混合和分散設備36的長度在至少48英寸(120cm)的范圍內，然而考慮所述長度可取決于具體的應用和具體的石膏壁板生產線的約束條件變化。混合和分散設備36的延伸長度期望用于在添加劑引入的點之后，并且在將漿體分散到壁板形成區域如壁板紙的網狀物上或分散到先前分散的相對密集的石膏漿的層——也沉積在壁板紙的網狀物上——上之前，為泡沫提供與漿體均勻混合的時間。因為本發明的優選的應用是石膏壁板生產線，通常將具有添加劑的石膏漿分散或排放在這樣的網狀物上。
[0022]本發明混合設備10的特征是布置導管38在進口 40處泡沫的引入的上游與出口34流體聯通，并且其包括用于將漿體分散到網狀物上的卸料噴口 42，如上所述。優選地，導管38是橡膠或橡膠狀材料的撓性軟管(盡管考慮剛性的導管)，且具有足夠長度，以便為泡沫或其他添加劑在漿體內被更均勻地混和提供額外的時間。雖然也考慮剛性導管，但是已經利用雙倍加強以避免紐結的軟管獲得了最好的結果，優選地該軟管具有光滑的內表面，并且大小在1.5-3英寸(3.75-7.5cm)內徑的范圍內。考慮適合于應用的其他直徑。在本發明中，雖然如當為了更完全地混合期望增加的漿體停留時間時考慮較長的長度，但是優選的具有進口螺紋接套40的相對剛性的添加劑進口部分44在大約6-24英寸(15-60cm)的范圍內，且優選地具有撓性軟管接合導管，所述進口部分44具有至少大約50至168英寸(125-420)范圍內的總長度。考慮在某些應用中添加劑進口部分44也由柔韌的、橡膠狀材料制成，且呈軟管的形狀。當添加劑進口部分44和導管38由不同材料制成時，利用粘合劑、夾鉗、超聲波焊接或其他已知的固定技術以提供平穩換接并最小化內部阻礙的方式將它們彼此連接，其中所述內部阻礙可能提供漿體的聚集和過早凝固的位點。
[0023]常規石膏漿混合設備的缺點是常常在卸料閘門的下游使用罐以降低漿體壓力。本發明的另一個目標是排除罐以及其固有的問題。因此，本發明混合和分散設備36經配置來維持漿體從主進口 39到卸料噴口 42的大體上平穩的流動，而沒有先前的罐的性質中的流動干擾因素(flow disrupter)。在不需要應用于它們通過的導管38內的衆體或添加劑的任何另外的能量或力量的情況下，添加劑與漿體的充分混合作用發生。這與通過先前的罐的流動的不確定性性質一在其中添加劑和漿體的不均勻混合經常發生一形成對照。
[0024]本發明的混合和分散設備36和具體地導管38的柔韌性允許延長混合室16的長度的盤管形構造或螺旋形構造，并且因而增加停留時間，在該停留時間內泡沫和/或其他添加劑可完成它與漿體的混合，而不需要更長的生產線。不同于常規的壁板混合設備，在本發明中，直接地將混合和分散設備36的導管38連接至閘門部分44上，并最終連接至出口34,而沒有介入裝置(intervening device)如罐。同樣,優選的導管38的至少一部分的柔性結構降低石膏在內部過早凝聚和引起不期望的堵塞的趨勢。
[0025]本發明的混合設備10的某些實施方式中提供的另一特征是與混合和分散設備36相關的至少一個導管節流器或流量節流器46，其用于在閘門并最終在混合室16中形成背壓、用于控制來自噴口 42的漿體的流動和用于至少減少和大體上防止閘門和混合器中的漿體的累積。在優選的實施方式中，節流器46是將相等的、圓形的或同心的夾緊力施加到柔性導管38上的類型。同樣，優選的節流器46將它的夾緊力施加到導管38的外部，以便導管的內部通道不被閥門組件阻塞。
[0026]優選的節流器46是動態地可調整的閥門，即，在混合器12在運轉中和漿體被從噴口 42排出時是可調整的,且可選自套筒節流閥(pinch valve)、力量閥(muscle valve)、同心閥、膜片作用閥和碟型閥。在某些低壓應用中，簡單的軟管夾也是適合的。考慮在較大直徑軟管至較小直徑軟管截面之間使用換接作為節流器46，用于減少所分散的漿體的體積，和用于形成背壓。對于最好的結果，閥門46位于噴口 42附近的導管38上，以提供用于將泡沫完全混入漿體的導管的長度的最有效利用，但是取決于應用也考慮離噴口更遠的其他位置。
[0027]現在參考圖1-3，本發明的混合設備10的進一步特征是減壓設備或減壓器一通常在50處示出，其在混合和分散設備36中用于降低從噴口 42發出的漿體的壓力或力。與本發明一起使用的類型的典型混合器12產生大約700-2200ft / min范圍內的漿體速度，其在卸料閘門或出口 34上以相應的高的力或壓力測量。除非顯著地降低這個力或壓力，自噴口 42輸出的力將破壞先前沉積的漿體的分布，引起上述的“沖潰(washout)”，并將導致不均勻的壁板。因而，需要減壓器50，以便使來自噴口 42的排放是可接受的緩慢且均勻的。
[0028]在優選的實施方式中，減壓器50以與噴口 42緊密關聯的方式被布置，且其大體上限定導管38中的至少一個和可能兩個或更多個彎頭52、54。彎頭可各自在30至90度的范圍內，且彎頭的半徑可能是相對緊密的(tight)，如不大于導管的直徑。彎頭52、54的目的是，在離開噴口 42之前，引起導管38中的漿體的流動，以經歷至少一次和可能至少兩次偏斜(其可能是大約直角的偏斜)。已經確定，重要的是，彎頭處的導管的直徑是恒定的且不擴大。每一個連續的偏斜將進一步降低在噴口 42處測量的漿體的輸出壓力。也已經發現了，布置導管38以具有向上延伸部分引起重力，從而降低漿體的壓力。[0029]如圖2和3看到的，減壓器50也包括擴大部分60，其中漿體的流動流的橫截面面積隨著流體流經過該擴大部分而增加。在減壓器的這個部分中，重要的是，流動流的流動方向未改變，或至少其不顯著地或突然地改變。
[0030]圖2以分離狀態示出減壓器50的第一實施方式，其中在流動方向上彎頭54在擴大部分60之前。在該實施方式中，彎頭54位于擴大部分60的上游。圖3以分尚狀態不出減壓器50的第二實施方式，并示出在流動方向上在彎頭50之前的擴大部分60。S卩，擴大部分60位于彎頭54的上游。
[0031]現在參考圖4，將混合設備10的可選實施方式指定為100。以相同的參考數字指定與設備10共有的設備100的組件。設備100的主要區別特征是，添加劑進口從靠近混合器出口 34的其先前位置40去除，且優選地，以泡沫注射部件64的形式被提供。部件64位于閥門46的下游，或位于閥門和噴口 42之間。在某些應用中，這種布置的目的是處理泡沫添加劑被過量使用或通過導管節流器46施加背壓之后過早地分解的可能性。
[0032]通過在經由導管節流器46已形成背壓之后引入泡沫，將減少作用于泡沫上的破壞性的力。然而，為了在節流器46和噴口 42之間促進泡沫或其他添加劑在漿體中的均勻分布，必須在這個區域中提供至導管38足夠的長度，以便提供充分的混合時間——另外被稱為漿體運行距離，其足以促進在漿體中令人滿意的泡沫或其他添加劑的混合。隨著應用這個區域中的導管38的長度可變化。
[0033]在運行中，將看出，提供了用于向網狀物提供均勻地混合的漿體的系統，包括:通過混合室的一個或更多個進口 26、28將煅燒石膏和水加進混合室16中；攪拌混合室的內容物以便形成煅燒石膏的水分散體；從混合器12的出口 34排出攪拌的內容物；使攪拌的內容物進入混合和分散設備36、36a-e的主進口 39 ;優選地通過進口螺紋接套40，在閥門處將水成泡沫引入混合物中；通過收縮從閥門的軟管38、38a_e排出的混合物的面積在閥門中的混合物上形成背壓，如利用閥門46通過收縮導管38形成背壓；以及如通過以其各種構造的減壓器50控制從噴口 42、42c、42e發出的漿體和添加劑的壓力。在優選的實施方式中，通過迫使以至少一次和可能兩次或更多次接近90度改變方向來降低漿體壓力。隨著流體流移動通過導管，漿體流動流的橫截面面積也被擴大，但是，沿著導管流體流的方向的改變和流體流的橫截面的擴大應該發生在不同的時間和空間位置上。
[0034]其中可能地，柔性導管38通常直接地沿著板線向下延伸。考慮的是，導管38可越過混合器12線性地延伸至少多達60英寸(150cm)。通過本發明實現的改進的泡沫/漿體混合的利益包括:板中起泡的減少和/或消除；板的均勻性，導致提高的強度；和來自板配方的可能的水減少，其又將導致干燥爐中的能量節約或線速度的增加。
[0035]雖然已經示出和描述了本發明的漿體導管的【具體實施方式】，但是本領域技術人員將明白，可在廣泛的方面中不脫離本發明的情況下并且如在所附權利要求中闡明的做出改變和變更。
【權利要求】
1.一種向網狀物提供均勻混合的添加劑增強的石膏漿的方法，其包括: 通過混合室的至少一個進口將煅燒石膏和水加進混合器的所述混合室內； 攪拌所述混合室的內容物，以形成包括所述煅燒石膏的水分散體的漿體； 使所述漿體從所述混合器的出口進入包括導管的漿體分散設備； 在沿著所述漿體分散設備中的所述導管的長度的點處將添加劑引入所述漿體中，以獲得通過所述導管的漿體/添加劑的流動流；和 在所述流動流從所述導管的出口離開之前，擴大所述導管中的所述流動流的橫截面而不改變所述流動流的方向，和改變所述流動流的方向而不擴大所述流動流和導管的橫截面。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包含從所述添加劑引入到所述導管的所述出口的點在所述漿體分散設備中維持所述漿體的大體上平穩的流動。
3.根據權利要求1所述的方法，其中在所述流動流的方向的改變之前擴大所述流動流的橫截面。
4.根據權利要求1所述的方法，其中在所述流動流的方向的改變之后擴大所述流動流的橫截面。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述添加劑包括具有空氣成分的泡沫。
6.一種經配置用于連接至接收石膏漿的混合器的設備，所述設備包括: 具有主進口的導管，所述主進口與所述混合器出口漿體接收聯通，并且在下游方向上延伸至用于排出所述漿體的噴口，所述導管為所述漿體的流體流提供流動路徑； 所述導管中的至少一個彎頭，以引起所述主進口和所述噴口之間的所述流動流的方向的改變，其中所述流動流的橫截面未在所述彎頭中擴大；和 所述導管中的至少一個擴大部分，以引起所述主進口和所述噴口之間的所述流動流的橫截面的擴大,其中所述流動流未在所述至少一個擴大截面中改變方向。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述至少一個彎頭位于所述至少一個擴大截面的上游。
8.根據權利要求6所述的設備，其中所述至少一個彎頭位于所述至少一個擴大截面的下游。
9.根據權利要求6所述的設備，其中所述導管在所述主進口和所述卸料噴口之間具有至少一個進口，用于接收至少一種添加劑，且具有足夠長度，以在所述漿體從所述噴口發出之前，獲得所述至少一種添加劑與所述漿體的均勻混合。
10.根據權利要求6所述的設備，其中所述彎頭在30至90度的范圍內。
【文檔編號】B28C5/38GK103534071SQ201280023007
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年5月16日 優先權日:2011年6月2日
【發明者】A·李, C·C·李, C·尼爾森, C·陳, W·D·宋 申請人:美國石膏公司