干粉砂浆生产工艺研究

干粉砂浆生产工艺研究

章银祥 马德宝 张海滨 张志全
( 北京敬业达新型建材有限公司, 北京102605 )

1 引言
商品砂浆( 含干粉砂浆和湿拌砂浆两种) 是建筑砂浆发展的方向, 目前西方发达国家的使用率已达90%左右。而在我国, 干粉砂浆尚处于发展阶段。2006年底至2007年初, 北京敬业达公司对原有干粉砂浆生产线进行了全面改造。通过改造, 该生产线能够散进散出, 既能生产普通干粉砂浆, 又能生产特种干粉砂浆, 而且其配料过程实现了全电脑控制。本文简述该生产线的生产工艺, 并对干粉砂浆的生产等相关问题略为叙述。

2 敬业达干粉砂浆生产工艺流程
敬业达公司改造后的干粉砂浆生产工艺流程如图1。

3 干粉砂浆的生产工艺
3.1 概述
目前国内干粉砂浆的生产工艺良莠不齐, 有些厂家仅投资几千元用简易混合机生产干混砂浆, 而有些厂家则投资过亿元。从事干粉砂浆的生产, 应具备一台合格的混合机、符合精度要求的计量设备和基本的检测设备; 若要生产出质量合格的干粉砂浆, 而且年产量超过千吨时, 应该配套上料设备、包装设备、除尘设备和检测试验设施;当生产规模较大、年产量过万吨时, 应该配套半自动化或全自动化的配料系统; 大规模生产时应配套大包装和散装系统。当产品品种更换频繁时, 应该选择“直上直下”的工艺流程; 当品种相对较少时, 可利用中间提升机, 以降低生产塔的高度和生产投资。当添加剂掺量的变化对砂浆质量影响较大时, 应该选择性能优良的混合机和高精度的计量秤( 及其控制系统) 。

3.2 主要粉体材料的上料
主要粉体材料中, 水泥、粉煤灰、矿粉分别通过专用散装输送管道, 由散装运输车直接气泵入相应的料仓内; 灰钙、重钙、石膏等包装进厂的物料, 由专用的独立的气力泵通过专用管道, 气吹入相应的料仓内。为了提高上料速度, 在管道的不同部位设立了助吹装置。需要注意的是, 由于各种物料的容重、细度等性能不尽相同, 应根据具体情况设立相应的输送压力和不同的库顶除尘装置。气送上料装置的使用既可大大降低劳动强度和生产成本, 又可减小环境污染程度。
胶粉是特种干粉砂浆的重要原料之一, 当生产量较大时, 胶粉的日使用量会以吨计。若采用普通包装进厂、人工计量、人工投料, 不但劳动强度大,而且易污染环境, 同时会有一定的经济损失( 每个纸袋都倒干净是不可能的) 。因此, 敬业达公司设立了多个专用的胶粉仓, 吨包装胶粉通过货梯提到塔顶直接投到相应的胶粉仓内, 不但省时省力, 而且大大减少了污染和胶粉的损失( 吨包装袋吊装卸料比较彻底) 。
大规模生产时所需要的主要粉体材料料仓的容积都较大, 高度一般都在10m以上。有些厂家认为, 对于胶粉、灰钙、石膏等容重较轻的物料, 仓高不能过大, 否则仓底仓压过大造成堵料。实际上, 对于粉体而言, 根据Janssen公式

含有多种小料添加剂是商品砂浆的特色。在现场拌制砂浆中分别加入多种添加剂几乎是不可能的, 而在工厂内预拌砂浆时加入小料相对比较容易。但是,一方面小料添加剂的品种很多, 另一方面, 某些小料的掺量对砂浆性能的影响显著, 小料的价格又大都非常昂贵, 因此, 生产过程中对小料的计量精度要求最高; 而当产量达到日产百吨以上砂浆时, 小料计量的工作量非常大。所以, 敬业达公司专门针对不同小料的性能特点, 研究、制作、安装了相应的投料装置( 带除尘器) 、小料仓、计量螺旋( 带蝶阀) 和专用计量秤。其中, 设立了一个专用的投料平台和十余个活动料仓, 专用独立的带除尘器的加料平台, 既减少了环境污染, 又节省了投资。活动料仓的设立, 方便了不同品种砂浆的生产。

3.3 配料
当生产特种干粉砂浆且年产量在数万吨以上时,其配料过程是劳动强度最大且要求最高的一个环节。配料过程的自动化程度是干粉砂浆生产线自动化程度的决定因素, 同时也是决定一条砂浆生产线的产量和质量的重要因素。敬业达公司在多年生产实践的基础上, 根据公司实际, 自行组织设计, 对原有生产线进行了全方位改造, 使配料过程实现了全电脑控制。其配料方式采用螺旋喂料机+计量料斗的方式, 共使用了29条螺旋喂料机和4台计量秤。整个控制系统由公司整体设计, 并由协作单位完成软件的编制及相关硬件的配套工作,其电子元器件分别采用西门子、托利多和施耐德的产品。控制系统上, 将传感器、称重仪表、触摸屏、PLC和工控机结合为一体, 使得该系统既可全自动配料, 又可半自动配料, 还可以手动人工按纽配料。控制系统的基本工作原理是: 称重传感器检测物料的重量通过称重显示仪显示放大并将信号传送给PLC, PLC根据预先设置的配方通过变频器、中间继电器、交流接触器控制喂料螺旋喂料机, 当物料达到慢下料值时, 调整变频器频率改变喂料速度。当物料达到设定值时停止给料。同时检查是否到混合时间, 混合机门是否关好。检查无误后, 打开秤门开始放料。秤内物料放空后, 秤门自动关闭。随后, 开始又一次配料, 循环往复直至达到设定批次或接受到“停止配料”或“预停”命令。本系统还有动态显示、局部显示、数据库管理、报警记录等功能, 并与公司ERP系统相连接。

不同原料的物理性能差别较大, 其料仓和配料螺旋的形式须与其料性相适应。例如, 砂的容重较大, 常规螺旋输送时功率可能变小, 所以应灵活地采用变频器+大小螺旋计量方式; 对于精度要求较高的原料, 可采用带倾角的螺旋; 对于纤维状材料, 则须采用专用的特殊的料仓和螺旋。由于喂料采用的是管螺旋, 其物料填充系数较大, 一般可达0.8~0.9, 因此, 它的输送量和所需功率等的计算方法与一般U型螺旋不同, 否则就会出现问题; 如果采用变螺距( 螺距逐渐增大) 螺旋, 则可以有效地防止在喂料处超负荷或堵料。当螺旋喂料机长度较大时, 其中间吊轴承处易堵料, 应采取预防措施。计量秤是计量系统的关键设备, 其精度不仅取决于传感器, 还受振动、灰尘、电磁干扰等影响, 因此, 须采取特殊措施才能保证计量精度。

3.4 混合机
混合机直接关系到干粉砂浆的混合效果, 也是决定干粉生产线产量的重要因素。敬业达公司现投入使用立式圆锥型混合机、双卧轴无重力混合机、单卧轴混合机等。不同的混合机各有其特点, 应根据不同需要而选用。例如, 锥型混合机所需混合时间较长, 双卧轴无重力混合机装填系数较低等, 但它们价格相对较低。敬业达公司干粉大线在改造前采用双卧轴无重力混合机, 改造后选用M- TEC的MS150单卧轴混合机( 配3把飞刀) , 其有效容积为1500L, 2t/批, 产量约为30t/h、600t/d、150000t/y。一般国产混合机所配飞刀的使用寿命较短, 因此,应有选择地使用。另外, 应注意飞刀的使用方式, 不恰当地随意使用飞刀, 会大大降低飞刀及其配件的寿命。

3.5 包装及散装
敬业达公司干粉砂浆生产大线有散装系统、大包装系统及普通包装系统。在干粉混合机下有一个三通阀, 一边直接接到普通包装仓, 另一边通过螺旋下料器接到一东西双向输送的封闭皮带机, 在皮带机东侧的出料口下有一缓冲仓, 在其下有一个吨袋包装设施( 含计量设施) , 吨袋出料时有叉车紧密配合, 以提高产量; 在皮带机西侧末端接一个散装头, 可直接将成品砂浆卸入散装砂浆罐或散装砂浆运输车内。普通包装机有叶轮式、螺杆式及简易螺杆式三种。这三种包装机各有其优缺点: 叶轮式产量较大, 但回灰较多、粉尘较多、磨损较大等; 螺杆式粉尘小, 但产量较低、磨损大。实际上, 砂浆的包装是一个世界性难题, 包括从欧洲引进的多款包装机, 在实际使用时均有不少缺点, 或者使用不便, 或者粉尘较大, 或者回料较多, 还需设备制造商们不断改进。
敬业达公司散装砂浆生产时的筛分曲线, 如图2。

图2中皮带1、皮带2分别为在混合机下皮带机上不同时间的取样分析结果, 罐1、罐2、罐3分别为在散装运输罐内不同部位的取样分析结果。可见, 在散装过程中, 砂浆的偏析还是比较小的。

3.6 检测与控制
必须对原材料、生产过程及成品砂浆进行有效的监测和控制。生产原料的含水量、颗粒级配( 或细度) 、容重等对生产过程都有不同程度的影响。对有些产品, 在实验室内预先模拟混合是一个很好的办法。敬业达选用了M- TEC原装进口的试验用混合机。

3.7 除尘
对于干粉砂浆生产线, 除尘系统很重要, 它不仅影响环境, 还影响产量质量及成本。一般应根据需要在不同位置设置不同形式的除尘器, 敬业达在干粉大线上采用了5种除尘方式: ( 1) 对于包装等处, 采用高效袋除尘器进行集中除尘; ( 2) 对于原料仓, 则分别采用单机除尘器; ( 3) 对于混合机、配料秤等处, 均采用钢筋笼外套除尘袋的形式; ( 4) 对于专用下料平台, 则自制简易的专用除尘器; 等等。