СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО И СВЧ-ПЕЧЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО Российский патент 1995 года по МПК C04B11/02 

Изобретение относится к фарфоро-фаянсовой промышленности, строительной индустрии, а также к промышленности, выпускающей медицинский гипс.

Известен способ получения гипсового вяжущего в автоклавах.

Данный способ получения гипсового вяжущего заключается в обработке неизмельченного гипсового камня в автоклавах при давлении пара 6 атм, и последующей сушке пропаренного камня в тех же автоклавах.

Процесс производства осуществляется следующим образом.

В автоклав загружают гипсовый камень повышенной прочности. Закрыв крышку автоклава, в него вводят пар, поднимая давление в течение 1 ч до 6 атм. Такое давление поддерживается в течение 5-6 ч. Через 6 ч подачу пара переключают на паровой калорифер. В течение 1 ч давление в нем поднимается до 9 атм и одновременно постепенно в течение 1,5 ч выпускают пар из автоклава. Сушка продолжается 17 ч, из которых 4 ч при закрытой крышке и 10 ч при открытой. После этого пар прекращают подавать в калорифер и 3-4 ч охлаждают автоклав. При этом термическая обработка гипса осуществляется посредством его взаимодействия с теплоносителем исключительно через теплопроводность материала. Процесс длится 27,5-29,5 ч и не является непрерывным. В результате получается гипс α-модификации.

Наиболее близкими аналогами по совокупности существенных признаков являются СВЧ-печь для обработки различных пищевых продуктов и способ, лежащий в основе его функционирования, заключающийся в термической обработке продукта.

Известная печь содержит излучатель электромагнитных волн требуемой частоты, основной волновод, в котором осуществляется взаимодействие электромагнитных волн с пищевыми продуктами, нагрузку, служащую для поглощения электромагнитных волн, не поглощенных пищевыми продуктами, входной и выходной запредельные волноводы, соединенные с широкими стенками основного волновода таким образом, что движение конвейерной ленты по основному волноводу осуществляется по диагонали параллелограмма, представляющего собой вертикальное сечение основного волновода. Энергия электромагнитных волн в излучателе возбуждает волну типа Н₁₀, которая распространяется и в основном волноводе. Данная волна при установленном пути движения пищевых продуктов в продольном сечении волновода имеет равномерное распределение электрической составляющей электромагнитного поля, а в поперечном косинусоидальное. Вследствие этого электромагнитное поле равномерно только в узкой полосе поперечного сечения основного волновода. Следовательно, ширина конвейерной ленты в рассматриваемой СВЧ-печи принципиально может составлять лишь незначительную часть ширины основного волновода. Кроме того, недопустима большая высота продукта, так как в рассматриваемом случае невелика глубина проникновения электромагнитного поля.

Цель изобретения создание способа и СВЧ-печи для получения гипсового вяжущего, обеспечивающих увеличение эффективности производства качественного гипсового вяжущего и уменьшение энергоемкости при его производстве. Взаимодействие гипсового камня с электромагнитным полем согласно изобретению основано на использовании механизма передачи энергии электромагнитного поля веществу, обладающему большой диэлектрической проницаемостью. Главной особенностью этого взаимодействия является то, что оно происходит одновременно во всем объеме вещества (гипсового камня).

В результате этого взаимодействия выделяется тепловая энергия во всем объеме вещества, а взаимодействие вещества с окружающей средой осуществляется только через его поверхность, благодаря чему температура интенсивнее растет в центре образца, чем на его поверхности. При этом темп дегидратации гипсового камня, достигаемый с применением заявляемого способа, существенно выше, чем с применением известных способов. Темп дегидратации гипсового камня при применении изобретения приведен в таблице, в которую вошли данные, полученные в результате трех проведенных экспериментов.

Из анализа данных, приведенных в таблице, следует, что нагрев двугидратного гипса с целью превращения его в полугидрат α и β-модификаций длится не более 10 мин. Выделение связанной воды из двуводного сернокислого кальция (двугидратного гипса) и ее испарение происходят в течение 20 мин. Длительность процесса термической обработки двуводного гипса с целью превращения его в полугидрат не превышает 30 мин. Увеличение времени пребывания гипсового камня в СВЧ-печи более 30 мин приводит к превращению его в ангидрит.

Изобретение позволяет получить полугидрат гипса α и β-модификаций. Это обусловлено тем, что максимальный нагрев гипсового камня происходит в его центре (в ядре камня), следовательно, кристаллизационная вода выделяется в центре гипсового камня. Поскольку прочность последнего достаточно высока, образуется область высокого давления, охватывающая по экспериментальным данным 25-35% объема камня (процент зависит от формы камня и скорости нарастания мощности электромагнитной волны).

Следовательно, применение предлагаемого технического решения существенно увеличивает производительность и уменьшает энергоемкость процесса.

Данные по дегидратации двуводного гипса предлагаемым способом следующие: Параметр Значение Время дегидратации, ч 0,5 Выход α-гипса при дегидратации за 1 цикл, 25-35 Количество циклов дегид- ратации предлагаемым способом 55-59 Выход α-гипса при дегид- ратации предлагаемым способом, 1375-2065
При этом производительность α-гипса при дегидратации предлагаемым способом увеличивается в 13,75-20,65 раз.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата по способу получения гипсового вяжущего, заключающегося в термической обработке гипсового камня, согласно изобретению, термическую обработку гипсового камня осуществляют путем облучения электромагнитным полем СВЧ диапазона Н_mо типом волн мощностью в диапазоне 110-130 Вт/кг в течение 20-30 мин.

Кроме того в СВЧ-печь для получения гипсового вяжущего, содержащую основной волновод с нагрузочным элементом для поглощения остаточных электромагнитных волн, входной и выходной запредельные волноводы, через которые протянута диэлектрическая конвейерная лента, предназначенная для подачи гипсового камня, согласно изобретению, введен преобразователь волн СВЧ, вход которого соединен с излучателем волн, а выход с основным волноводом, при этом входной и выходной запредельные волноводы соединены с основным волноводом, который выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда со щелями в узких стенках для прохождения конвейерной ленты.

На фиг.1 изображена в аксонометрии СВЧ-печь для получения гипсового вяжущего; на фиг.2 графическая зависимость распределения электрической составляющей СВЧ-электромагнитного поля в поперечном сечении СВЧ-печи (основного волновода) для одного из типов волн (Н₆₀).

СВЧ-печь для получения гипсового вяжущего содержит излучатель 1 электромагнитных волн требуемой частоты, основной волновод 2, имеющий форму параллелепипеда, в котором осуществляется взаимодействие электромагнитных волн с гипсовым камнем, нагрузочный элемент 3, служащий для поглощения остаточных электромагнитных волн, входной запредельный волновод 4 и выходной запредельный волновод 5, соединенный с основным волноводом 2 через щели в его узких стенках, преобразователь 6 волн СВЧ, соединенный своим входом с излучателем 1 волн, а выходом с основным волноводом 2. Диэлектрическая конвейерная лента 7, практически не взаимодействующая с СВЧ-полем (например, из капроновой ленты или мелкой сетки), протянута через входной и выходной запредельные волноводы 4 и 5 и проходит, например, по диагонали основного волновода 2. Размеры конвейерной ленты 7 и высота гипсового камня определяют производительность СВЧ-печи.

С целью уменьшения ответвления энергии СВЧ-электромагнитной волны во входной волновод 4 и выравнивания поля в основном волноводе 2 за счет щели (точка А на фиг. 1), соединяющей его с входным волноводом 4, начало щели соединено под прямым углом с противоположной стенкой входного волновода 4 (точка В на фиг.1) круглым металлическим стержнем, верхняя кромка которого опущена ниже конвейерной ленты 7. Длина стержня и расстояние по стенке входного волновода 4 от точки В до точки С (фиг.1) выбрано так, чтобы их суммарная электрическая длина равнялась величине, в сумме кратной длине электромагнитной волны, проходящей по основному волноводу 2. Для уменьшения ответвления энергии электромагнитной волны, распространяющейся по основному волноводу 2, во входной волновод 4 размеры его выбраны такими, чтобы размер широкой стенки был намного меньше размера широкой стенки основного волновода 2, а размер узкой стенки намного меньше размера узкой стенки основного волновода 2. Ширина конвейерной ленты 7, проходящей по входному волноводу 4, а затем по основному волноводу 2 и выходному волноводу 5, не превышает величины широкой стенки входного волновода 4 (выходного волновода 5).

Лента 7 размещена на вращающихся диэлектрических стержнях с малой диэлектрической проницаемостью, вмонтированных в неподвижные диэлектрические обоймы, также с малой диэлектрической проницаемостью, прикрепленные к узкой стенке входного 4 (выходного 5) волновода металлическими или диэлектрическими винтами (на фиг.1 не показано).

В основном волноводе 2 конвейерная лента 7 движется на вращающихся диэлектрических стержнях с малой диэлектрической проницаемостью, вмонтированных в две направляющие стенки, выполненные также из диэлектрика с малой диэлектрической проницаемостью. Высота направляющих стенок равна высоте основного волновода 2 на выходе из него конвейерной ленты 7 и максимальной высоте гипсового камня на его входе.

Получение гипсового вяжущего по заявляемому изобретению осуществляется следующим образом.

Гипсовый камень в виде кусков размером до 200 мм поступает в печь при помощи конвейерной ленты 7 через запредельный волновод 4. Энергия электромагнитной волны основной частоты в излучателе 1 возбуж- дает волну типа Н₁₀. Преобразователь 6 типов волн за счет своей сложной формы осуществляет преобразование волны типа Н₁₀ в волну типа Н_mo, которая, проходя по основному волноводу 2, вступает во взаимодействие с гипсовым камнем, движущимся по конвейерной ленте 7. Камень поглощает электромагнитную волну, преобразуя ее в тепловую энергию, в результате чего двуводный гипс превращается в полугидрат, состоящий из α и β-модификаций, разделяемых путем последующей механической обработки.

Для обеспечения равномерности нагрева проходящего по конвейерной ленте 7 в печи гипсового камня, максимальных пути и поверхности взаимодействия гипса с электромагнитной волной, т.е. обеспечения максимальной производительности, в основном волноводе 2 СВЧ-печи возбуждаются высшие типы волн (фиг.2), благодаря чему проходящие через волновод 2 гипсовые камни одинаково интенсивно облучаются и одинаково проходят зоны необлучения, за время прохождения которых практически не охлаждаются.

Использование: строительная индустрия, промышленность, выпускающая медицинский гипс, а также фарфоро-фаянсовая промышленность. Сущность изобретения: способ получения гипсового вяжущего заключается в термической обработке гипсового камня путем облучения электромагнитным полем СВЧ-диапазона H_mo типом волн мощностью 110 130 Вт/кг в течение 20 30 мин. СВЧ-печь содержит излучатель 1 электромагнитных волн, основной элемент 2, нагрузочный элемент 3, входной запредельный волновод 4, выходной запредельный волновод 5, преобразователь 6 волн СВЧ. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения гипсового вяжущего, заключающийся в термической обработке гипсового камня, отличающийся тем, что термическую обработку гипсового камня осуществляют путем облучения электромагнитным полем СВЧ-диапазона Н_m0 типом волн мощностью в диапазоне 110 130 Вт/кг в течение 20 30 мин. 2. СВЧ-печь для получения гипсового вяжущего, содержащая основной волновод с нагрузочным элементом для поглощения остаточных электромагнитных волн, входной и выходной запредельные волноводы, через которые протянута диэлектрическая конвейерная лента, предназначенная для подачи гипсового камня, отличающаяся тем, что в нее введен преобразователь волн СВЧ, вход которого соединен с излучателем волн, а выход с основным волноводом, при этом входной и выходной запредельные волноводы соединены с основным волноводом, который выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда со щелями в узких стенках для прохождения конвейерной ленты.