对水化硅酸钙成形件进行硬化和干燥的工艺,以及实施该工艺的装置

本发明涉及一种如权利要求19前序部分所述的工艺，和一种如权利要求1 前序部分所述的装置。

诸如加气混凝土和石灰石制品之类的水化硅酸钙(CSH)建筑材料通常都是在 一蒸压釜内、在一相应于184至204℃蒸汽气氛的10至16巴超大气压下进行 硬化的。为了形成所需的CSH相(phase)，主要是托勃莫来石，必须将有水情况下 的190C左右的环境条件保持一段时间(约5小时左右)。

通常，在用来经焙烧的生坯装满所述压力容器(蒸压釜)之后，通过借助一蒸 汽管道以可控方式来供送蒸汽，使容器压力增压到近似12巴超大气压的压力。 在该增压阶段之前还有冲洗(flushing)或抽真空阶段。在该增压阶段之后，在饱和 蒸汽状态下，保持该压力恒定，并保持一段时间(例如5小时)。在该保持阶段之 后，再以可控方式使所述压力降低而返回到起始状态。

采用该工艺，通过将蒸汽冷凝在材料表面上，在增压(run-up)阶段中将材 料加热至所需温度(例如190℃)。保持阶段有助于形成正确的相(托勃莫来石)， 从而使所述材料硬化。

在蒸压处理之后，CSH建筑砌块就从蒸压釜中取出，此时砌块含有数量级 为30至40％(相对干燥质量而言)的湿含量。这种较高的湿含量是由于例如建筑材 料生坯浇注时的较高湿含量而造成的。这对于运输和加工处理的重量以及用这种 材料建造的建筑物上于最初几年内(直到自然地完全干燥为止)的物理性能(例如 绝热性能)都有不良的影响。

权利要求1中所述的通用工艺可参阅US-A 2,534,303。这种工艺可允许CSH 材料同时或相继地硬化和干燥。通过在蒸压釜内安装一附加的热源(例如蒸汽或热 传递油加热式热交换器表面)，就可以为CSH材料供给附加的热能，以便将材料 内例如生坯浇注时的水蒸发出来，从而干燥材料。这种已知的工艺可以用两种不 同的形式来进行。

在第一种形式中，干燥是在保持阶段之后和在减压(run-down)阶段之前 进行的。在保持阶段结束之后，也就是在硬化结束之后，接通附加热源。这样就 可以使蒸压釜内部的温度升高，因而使蒸压釜内的蒸汽过热。蒸汽过热的结果(以 及热辐射的结果)是，水份从CSH材料蒸发出来，并从表面开始逐渐深入到内部 使材料干燥。材料内的水份的蒸发导致蒸压釜内的压力升高，此压力的升高可以 通过可控的方式将蒸汽排出蒸压釜之外而将其抵消。

出于安全上的原因，在一给定压力下蒸压釜只能在某一上限温度的温度范围 内工作，为此，也可以减小蒸压釜内部的压力(例如从12巴的超大气压力降至10 巴的超大气压力)。

由于材料只是在硬化或保持阶段结束之后才干燥，所以不会发生因水从材料 表面过早地蒸发而造成材料受到损坏的危险。然而，需要附加的时间和能量才能 使材料硬化。

这种已知的工艺在DE 3326492 A1和EP 0133239 B1中也有描述。

在第二种形式中，干燥是在增压阶段和保持阶段进行的。甚至在达到保持阶 段之前，蒸压釜内部的热源就接通了。一旦在材料的表面发生了足够的硬化，就 可通过使水份在表面处蒸发由表及里地同时发生硬化和干燥。这种工艺之所以是 可能的，因为通常在CSH生坯内的水份比相的形成也就是比硬化所需的水份为 多。这种工艺在DE 3326492 A1、EP 0133239 B1和DE 4035061 A1中也有类似 的描述。在这些公开的文献中描述了这样一些内容：供给一定压力(例如6巴)的 新蒸汽，并随即例如通过热辐射加热至所需的最终压力(例如12巴)，在有空气的 情况下，单单通过供热在蒸压釜内产生蒸汽。在蒸压釜内产生蒸汽(利用热交换 器、感应加热表面、微波)的方式与本发明的主旨无关。

这些已知的工艺可以节约能源。将水份从生坯中蒸发出去，就可以在蒸压釜 的内部建立起一定的压力。基本上不用外部的蒸汽供给也行。

由于干燥干燥过程早在增压阶段和保持阶段就发生，所以还节省了时间。

然而，水份从材料表面过早地蒸发，将会造成在材料表面上相的形成不充分 的危险。材料在表面上不能充分的硬化，因而造成材料的破坏。

使CSH建筑材料干燥的目的在于让所有建筑砌块的干燥都达到一样的程 度。然而，在目前的工艺中，由于不只是一个材料砌块，而是多个(通常是三个) 材料砌块被同时引入(一块接一块，或者是一块叠一块)蒸压釜。为了实现较高的 装填水平从而在蒸压过程中实现较佳的经济效果，各材料砌块之间的距离人为地 安排得非常短。当热交换表面是横向地布置在蒸压釜的壁上时，不可能将热能传 递到中间的材料砌块上。只有外面两个材料砌块的外壁受到加热。这两个材料砌 块是变得干燥了，但中间的材料砌块则还是有一定湿度的。

因此，只有将实现将另外引入的热能尽可能均匀地传送至材料砌块的表面， 才能使蒸压釜中间的砌块也能够干燥。这可以通过例如强迫过热蒸汽在蒸压釜内 部循环来实现。与此同时，这还能提供干燥媒质和材料表面之间的热传递。

此外，为了避免干燥媒质(例如，过热蒸汽)饱和，从而避免干燥作业在饱和 时中断，因此必须将从材料表面蒸发出来的水排出来。该问题也可以通过使蒸压 釜内的过热蒸汽对流来得到解决。

出版物EP 0 538 755 B1和EP 0 624 561 B1描述了一些据说可以强迫过热蒸 汽在蒸压釜内循环的工艺。

根据EP 0 538 755 B1，将“对流烟囱”设置在侧向热交换表面周围据说可以使 蒸压釜内部较好地进行自然对流。

根据EP 0 624 561 B1，蒸压釜内部的蒸汽运动是通过对过热蒸汽进行压力 脉动(pressure plusing)而实现的。所谓压力脉动就是藉助所述减压控制阀以一定的 时间间隔来排放蒸汽，由此降低蒸压釜内的压力，然后藉助一(过热的)新蒸汽管 道将新蒸汽返回到所述蒸压釜内(压力升高)。过热蒸汽也可以藉助各热交换器而 在蒸压釜内产生。

这些工艺都具有一个缺点，即，流动着的蒸汽不能在各砌块之间运动，或者 只能作极其有限的运动。与哈根-泊肃叶定律相类似，体积流动的大小与流动通道 直径的四次方成正比。这就意味着：在目前的蒸压釜内部流动条件下，绝大部分 的蒸汽流将在蒸压釜壁和两个靠外面的砌块之间运动。

本发明的目的在于提供一种可以优化硬化和干燥作用的工艺和装置。

本发明的装置和工艺比较适于对加气混凝土进行硬化。但是，所述装置和工 艺也适于对任何一种水化硅酸钙胶结成形件进行硬化和干燥。

本发明的工艺基本上是以美国专利2 524 303和欧洲专利EP 0 624 561中所 描述的干燥工艺为基础的。但是，压力脉动所需的一定容量的过热蒸汽不再是藉 助吹入和排放而提供的，而是借助一些位于一回路内的热交换器来供给能量而提 供的。本发明装置可以改善蒸压釜内的流动通道，即：在加气混凝土砌块之间的 空间内也可以发生对流。

下面将结合作为举例说明用的附图对本发明作更具体的描述，这张唯一的附 图示意性地示出了一开启的蒸压釜的前视图。在所述蒸压釜1中，有三个加气混 凝土块或砌块2a、2b、2c，它们彼此之间以一间距(间隔2d)侧向隔开并竖立在 三个硬化基座或底盘3a、3b、3c上，所述基座被支承在诸个与之适当配合的承 重件上，例如导轨(未示)上，这些承重件以一侧向间距设置在所述蒸压釜的基座 上并纵向延伸。各硬化基座或底盘是用来支承待硬化的成形件的支承件。象前述 那样，通过一设置在底侧上并纵向延伸的下蒸汽管道(steam rail)10供送那些用来 硬化所述加气混凝土所需的新蒸汽(例如12巴超大气压，温度为191℃)。蒸汽 管道是一根具有诸个用于蒸汽的出口的管道。所述蒸压釜还可以容纳诸个热交换 器调节器(heat exchanger register)8a、8b，以产生过热蒸汽，并由此对加气混凝 土进行干燥，所述调节器侧向地设置在所述蒸压釜壁面上。

根据本发明，还有两个上蒸汽管道7a、7b设置在加气混凝土块2a、2b、 2c上方、位于所述加气混凝土块之间的空间2d附近，并且最好另外还有一个或 多个蒸汽管道9设置在中心硬化底盘3b下方，或者设置在加气混凝土块之间的 空间2d附近。

所述的两个上蒸汽管道7a、7b与一设置在蒸压釜外的循环器4的出口相 连，而所述下蒸汽管道9与循环器4的入口相连。循环器4可以藉助一通风器或 者一蒸汽喷嘴而得以实现。

根据本发明的一实施例，新蒸汽管道10设计得可以抽出在顶部所注入的蒸 汽。藉助一设置在所述蒸压釜外的三通阀(在附图中未予示出)，在一实施例中， 该管道10用作一新蒸汽管道，而在另一例中，用作一抽吸管道。

上蒸汽管道7a、7b或者需要的话还可以有蒸汽管道9，最好是再结合有诸 个设置在各蒸汽管道上或附近的热交换器调节器8a、8b。但是，各调节器8a、 8b的热交换器管也可以位于各蒸汽管路内部。在此处，蒸汽管道7a、7b、9在 所述蒸压釜内部都是起使蒸汽过热的过热装置的作用。

用来引入冷水的喷嘴和供送管路位于通向蒸汽管道7a、7b、9、10的供 送管路内。因此，可以极其准确地控制蒸汽的温度，例如，如果加气混凝土块表 面的温度过早地偏离饱和蒸汽气压，用水来冷却蒸汽是有利的。

如果蒸汽管路内的流动速率足够大，可以按一定的技术水准来注入冷水以冷 却蒸汽。将冷水注入一固定蒸汽系统(immobile steam regime)(例如直接注入所述 蒸压釜内)首先在技术上是不可能的或者只有在付出极高的代价才是可能的，其次 也不会实现对蒸汽的理想冷却。根据本发明，这是由新型蒸汽循环和新型的回路 工作来实现的。

蒸汽管道7a、7b的设置情况和位于各蒸汽管道内的、未予图示的各孔的设 置和孔径(排出蒸汽的孔的孔径)的设置是按这样一种方式来进行选择的：即， 由循环器4注入的大部分蒸汽被注入各加气混凝土块之间的空间2d内。只有小 部分容量的蒸汽会沿着各混凝土块外表面和蒸压釜壁之间的区域流动。

根据本发明的另一具体实施例，将中心加气混凝土块2b安装在一比靠外的 两块混凝土块更高的高度。该高度最好与各混凝土块之间的间隔宽度近似相等， 例如，约10至20厘米。因此，在各混凝土块之间就形成了一些直径相等的、极 为有效的流动通道。

通过加长那些经常使用的、用以容纳中心硬化基座3b的硬化底盘(未示)中心 的心轴，可以按一定的技术水准来抬高中心块。也可以在蒸压处理之前，利用一 设置在硬化底盘(未示)上的适当升高装置来升高中心硬化基座3b。

为了提高蒸汽、干燥媒质的输送和所述砌块内部的热量传递，可以在加气混 凝土块内形成诸个通孔。形成通孔可以有多种办法，例如藉助在抬高步骤(在锯开 之前)之后将针插入所述块内，就可以将这些孔形成在所述块内。

这种措施可以在加气混凝土块的外表面和芯子之间对所述砌块进行的干燥 更为均匀。与此同时，也增加了干燥媒质可以进行干燥的材料表面。

如果在蒸压釜的内部有充分的对流，并由此使各孔的开口之间有足够的压力 差，那么，引入这些孔是特别有利的。否则，干燥媒质会在各孔内变得饱和，所 述砌块内部就不会有理想的干燥效果。

由于循环器4供送来的蒸汽借助各蒸汽管道导入蒸压釜之内，所以可以按预 定方式(targeted manner)将蒸汽输送到那些蒸汽工作得有效的地方，例如输送到所 述混凝土块的侧面。

藉助适当的设置以及使各蒸汽管道内的各孔具有不同的直径，可以以一种简 单的方式来调节离开蒸汽管道7a、7b的蒸汽的流动方向和蒸汽容量。因此，就 可以省去用来安装挡板和导向烟囱所耗费的昂贵费用。然而，如果需要，各蒸汽 管道也可以另行设置挡板(未示)。

即使不进行干燥，所产生的对流也能将蒸汽较均匀地分布在所述蒸压釜内。 这样就避免了在蒸压釜顶部和蒸压釜底部之间的温度梯度的形成，并且还避免了 加气混凝土硬化不均匀的危险。

例如藉助传热油加热的、直接位于蒸汽管道7a、7b上或附近的各热交换器 可以过度加热蒸压釜腔内的蒸汽到过热状态。因此，位于蒸压釜外的各管路内就 没有任何损失。来自各热交换器的没有被传递进入蒸汽管道7a、7b的热能可以 加热所述蒸压釜腔内其余部分的蒸汽到过热状态，因此没有任何损失。

藉助抬高中心块，可以避免不理想的几何流动情况，由于硬化基座3a、3b、 3c之间的间隔空间太小，所述的不理想的流动情况在已有技术中一直妨碍着对处 于蒸压釜内部的加气混凝土的干燥。

所述混凝土块内的诸个孔增大了所述混凝土块的表面积，因此改善了热传 递，并改善了所述砌块内部的材料的传送。其结果是可以对混凝土块进行更为均 匀地干燥。

根据本发明的工艺，与US-A 2 524 303中已知的工艺相类似，CSH建筑材 料的硬化和干燥可以有用两种不同的方式：第一种方式是在保持阶段结束之后 (在材料硬化之后)，第二种方式是在增压阶段和保持阶段期间同时进行干燥和硬 化。

按照已有技术，在将所述材料放置在所述蒸压釜内之后，并在一可能的在此 之前的冲洗(flushing)和抽真空阶段之后，通过送进新的蒸汽而将蒸压釜内的压力 连续不断地增大到约12巴超大气压。

在接下来的保持阶段，所述蒸压釜内的压力和温度被保持住，一直到极大部 分的材料已被硬化，或者所有的材料都已结束硬化(约2至5小时)为止。

至此，通过接着蒸压釜内的热源并使所述循环器运转，以起动干燥作业。

在加热作业中，水从CSH材料中蒸发出来，所述蒸压釜内的压力升高。根 据US-A 2 524 303，可借助一降压蒸汽控制阀而进行可控的排气，而将这种压 力保持在一恒定值(12巴超大气压)(温度升高)，或者可以降低所述压力(蒸压釜内 温度恒定)。在干燥阶段的终点，通过利用所述降压蒸汽控制阀可控地排出蒸汽， 使蒸压釜内部的压力降低到环境压力。

但是，作为另一种变型，所述干燥作业也可以利用EP 0 624 562 B1中所述 的脉动作业来完成。通过借助所述降压蒸汽控制阀排出蒸汽来降低所述压力，而 通过将水从加气混凝土块中蒸发出来而增大压力。在这种情况中，被排出的蒸汽 可以流入另一蒸压釜内，或者被导入一蒸汽储蓄器内以便供另外的蒸压处理之 用。随着加气混凝土块的干燥程度的增大，将足够的水从所述加气混凝土块中蒸 发出来以增大压力为止所需的时间也增加。因此，脉动的时间间隔就随着干燥 持续时间的增加而变得越来越长。

如果干燥是在增压阶段和保持阶段期间完成的，那么，在冲洗和抽真空阶段 之后，就通过引入新蒸汽而将所述蒸压釜内的压力增大到某一具体值(例如5巴超 大气压)，但是，该值仍低于传统蒸压处理所需的压力值(例如12巴超大气压)。 将压力进一步增大至所需硬化压力(12巴超大气压)是在热源和循环器都已被接通 之后、通过将水从材料表面蒸发出来而实现的。这一工艺步骤的特征在于：在这 个增大压力的过程中，始终都利用一适当的温度传感器来进行监控。一旦材料表 面的温度超过预定上限值(对应于主要压力(prevailing pressure)的饱和蒸汽温 度)，蒸压釜内热蒸汽就通过切断热源并借助蒸汽管道7a、7b内的各喷嘴来注入 水而使之冷却，因此，材料表面也得到冷却。

如果想要在所需硬化时间(大约2至5小时)结束之前防止太多的水从材料表 面蒸发出来，那么这种温度监控和对材料的冷却是有利的。因为太多的水在所需 硬化时间之前从材料表面蒸发出来就不再能导致硬化发生所需的CHS相的形 成，进而使材料在其表面上被破坏。在这一相结合增压和硬化阶段结束之后，可 以起动减压阶段，或者是根据所需的干燥水平进行进一步的干燥，例如采用上述 的脉动工艺。较低的增压水平主要与加气混凝土块表面的水份含量，也就是插入 的坯件材料，以及蒸压釜的填满程度有关。在材料表面处的水份越多，这个值就 选择得就越小。该值可以通过实验或者是通过计算(如果材料的干燥曲线是已知的) 来确定。

根据供给至蒸压釜内部的热能的大小和持续时间，可以设定材料在硬化和干 燥过程中的所需残余水份含量。残余水份含量的设定(作为干燥持续时间的函数) 是根据材料而定的，并且可以通过实验或通过计算(如果干燥曲线已知)来确定。 通过改变供给能量的持续时间，可以非常经济地(即，可以利用与先前在饱和蒸汽 条件下的蒸压作业相同的能量消耗对材料进行干燥)进行干燥，或者是设定任何所 需的干燥水平。

所需残余水份的含量选择得越低，需要从材料蒸发出去的水就越多，在蒸压 釜内部产生的蒸汽的量也越大。在一定的干燥水平之上，用这种方式产生的蒸汽 体积大于进行下一次直至起始压力(例如6巴)的蒸压作业所需的蒸汽体积。这 种多余的过热和高压蒸汽(12巴超大气压)可以被用来例如对各加热腔室和加热通 道进行加热，或者藉助一汽轮机来产生电流(例如用于外部循环器)。

因此，根据本发明，通过将硬化和干燥工艺相结合起来，可以制得比以往更 干燥的材料，而所消耗的能量相等。理想的残余水分含量可以借助干燥作业的持 续时间来设定。由于表面温度受到监控，因此，本发明的工艺对所述材料的处理 比较柔和。通过加热和冷却，可以设定蒸汽的质量，因此可以降低由硬化所产生 的损坏现象。

根据本发明，还可以有另一种干燥工艺。在该工艺变型中，只有在增压阶段 中才进行干燥。这种工艺是按下述步骤进行的：在冲洗和抽真空阶段结束之后， 利用新蒸汽，或者借助来自一储蓄器或另一蒸压釜的蒸汽来增压所述蒸压釜的压 力使其到达预定压力(例如2至5巴)。接下来，藉助接通另一热源及蒸汽循环， 将水从成形的砌块中蒸发出来，一直到到达理想的保持压力为止(例如12-16 巴)。为了节省装置的构件，如果需要，可以不用侧向热交换器调节器8c、8d 调节。因此，在这种情况中，可以通过控制热源和循环器，或者通过注入冷水来 调节蒸发率和蒸压釜内的温度。在到达保持压力(12至16巴)之后，切断热源和循 环器，或者将它们的输出限制成这样一种程度，即：它们只能补偿蒸压釜内的压 力和热量损失。在这种情况中，在保持阶段过程中，将不再作进一步的干燥。

这种工艺的优点在于：可以保留现有的蒸压釜设备。增压阶段过程中蒸压釜 内的温度不会超过保持压力的饱和蒸汽温度。因此，不必将所述蒸压釜构造成用 于高温的蒸压釜。多个蒸压釜只需要借助一个热传递油装置和一个蒸汽循环器就 可以工作，因为蒸压处理过程中的只有一相对较短的时间段内地增压阶段才需要 这些设备，如果在保持阶段进行干燥(实施例1或2)，水从各成形件中蒸发出来 意味着会产生附加的蒸汽。这种蒸汽必须在保持阶段加以排出。对于多个蒸压釜 的一个组合系统来说，为此所需的工业设备(减压控制阀、减压蒸汽管道)也仅仅 需要提供一次就可以。

蒸汽管道7a、7b、9的蒸汽出口开口也可以设计成具有相等和/或不同的直 径。它们还可以装有例如诸个可互换的喷嘴或短管(pipe stubs)，这些喷嘴或短管 可以具有不同的长度，或者按一定的方向或朝一定的方向弯曲以便可以朝着预定 的方向流动。

根据本发明的又一实施例，将侧向热交换器调节器8c、8d设计并设置成使 所述的两个热交换器调节器的表面和两个外成形件2a、2c的外表面之间的空间 与各成形件2d之间的间距近似相对应。在这种情况中，可以将另外两个蒸汽管 道7a、7b设置在热交换器调节器8c、8d和外抽成形件2a、2c之间的空间上 方。