纖維石膏板高速生產工藝及設備開發

李 賽 ，閻 寧 ，叢顯虎 ，耿 培 ，劉永超 ，張嘯林 ，鄧 飛

（1.河北綠洲機械制造集團有限公司，河北 石家莊 052100；2.河北科技大學機械工程學院，河北 石家莊 050018）

纖維石膏板是一種新型建筑板材，它以石膏粉為主原料，制作成液態的石膏料漿后通過模腔澆筑成型為平面板材。由于澆筑成型時在板材的上、下表面分別敷面一層纖維網格布做增強材料，對照傳統的以護紙面為增強材料的紙面石膏板，纖維石膏板也稱為無紙面石膏板。纖維石膏板的綜合性能優于紙面石膏板，但原料消耗量多，生產難度大，綜合成本高，所以被市場定位于高端建材產品。近幾年護面紙價格持續上漲，而纖維布的價格基本穩定，尤其是我國在鈣基工業固廢資源化利用方面獲得突破，纖維石膏板所用的石膏粉能夠采用價格極低的工業副產石膏，使其成本優勢逐漸顯現?；诶w維石膏板市場的應用發展研判，開發適配工業副產石膏的纖維石膏板高速生產工藝及配屬設備，能大幅提高科技競爭力。

1 工業副產石膏特性分析

傳統紙面石膏板以天然開采的α 或β 建筑石膏為主要原料，添加玻纖等增強材料及發泡劑等添加劑后，加工藝水均勻攪拌成液態的石膏料漿，在流體狀態下澆筑于由護面紙構成的模腔內，凝固后成型為紙面石膏板。近幾年我國對開采天然石膏用做建材原料的政策管控日趨嚴格，而大力支持工業副產石膏進行資源化利用。副產石膏主要來自熱電、化肥等企業產生的磷石膏、硫石膏等大宗工業固體廢物，環保處理成本高且易二次污染。工業副產石膏在高溫煅燒后進行脫硫、脫磷工藝處理后可做建材原料，其化學反應過程為

即煅燒后的石膏和水混合重新生成二水石膏，從而膠凝形成具有力學強度的固態產品[1]。

工業副產石膏成本極低，但其與天然石膏在化學成分和成型特性上存在一定差異。故傳統紙面石膏板生產設備不完全匹配副產石膏[2]。目前在用的纖維石膏板生產設備是傳統紙面石膏板設備的簡單改型，自動化程度和生產效率較低，出板速度低于15 m/min，難以突破產能和成本瓶頸。

2 纖維石膏板生產工藝及設備開發要點

1）穩定連續供料問題。纖維石膏板所需原料包括石膏粉、短玻纖、添加劑、工藝水等，纖維石膏板成型是連續的模腔澆筑過程，原料供給必須定量穩定，若短暫供給不足會造成整體停機待料，或者板材質量不穩定，因此需創新供料配料工藝設備，實現冗余式穩定供料能力[3]。

2）澆筑成型模腔的構建問題。紙面石膏板由上、下層護面紙以及下護面紙的兩側邊向上回折翻邊組成四周封閉、左右貫通的成型模腔結構，石膏料漿在澆筑時兩側泄漏量很少。而纖維石膏板是用纖維網格布上、下敷面，其網格縫隙大，僅能起到板材的力學增強作用，因此無法通過纖維布進行澆筑模腔的構建，因此需創新開發成型模腔結構。

3）高速切割問題。澆筑成型并固化后的纖維石膏板需要定尺寸切斷，但是鋸切時需要石膏板凝固硬度達標，否則鋸切時容易損傷切口[4]。高產能生產線的運輸速度是傳統線的2～4 倍，如果自然凝固則運輸線需延長幾倍，因此需創新開發促凝固裝置，使初凝石膏板能快速凝固且達到切割硬度。

3 創新開發內容

3.1 生產工藝及設備總體設計

基于開發要點設計了纖維石膏板全流程生產工藝及配屬設備，見圖1。核心創新開發集中在穩料供料工藝和設備、成型工藝和設備、高速切割工藝和設備，而干燥工藝和設備、整理工藝和設備、包裝工藝和設備則通過傳統設備進行適配改造，以提高整體設備開發的經濟性，縮短研發周期。

圖1 纖維石膏板工藝流程及設備圖

3.2 穩料供料工藝和設備

1）石膏粉穩定供應工藝過程。重點對螺旋輸送機結構進行創新改造，設置了左右兩個并列的出料口，第一出料口靠近螺旋輸送機進料口，并密封連通皮帶秤上部的布料器溜槽，第二出料口連接緩沖倉。其工藝流程為：提升機將石膏原料倉內的石膏粉運送到螺旋輸送機將其輸送，到達第一出料口后通過重力下落到布料器溜槽，后進入皮帶秤，皮帶秤定量為混合輸送機供給石膏粉，然后將石膏粉輸送到攪拌注漿機內。當超出攪拌注漿機需求量時，石膏粉首先填滿布料器溜槽，然后填塞第一出料口，螺旋輸送機內的石膏粉就越過第一出料口，到達第二出料口并落入緩沖倉，進而通過緩沖倉下部的旋轉卸料器和回料螺旋輸送機返送回石膏原料倉。如果提升機供應的石膏粉小于攪拌注漿機的需求量，皮帶秤的布料器溜槽內儲存的石膏粉能夠實現短暫穩定供給，短暫供給時間根據布料器溜槽容量確定。整個過程為閉環循環的冗余式穩料系統，實現穩料的同時也完成均勻攪拌操作。

2）短玻纖、添加劑、工藝水穩定供應。短玻纖和添加劑各自通過計量輸送機按需求量直接供給混合螺旋輸送機，與石膏粉混合均勻并運送到攪拌注漿機內，工藝水直接通過計量輸送閥定量供給到攪拌注漿機內。短玻纖和干性添加劑的用量比例較少，只需擴大相應供料倉的容量即可。

3）纖維布穩定供應。上、下兩層纖維網格布分別安裝在纖維布糾偏機上，并平展鋪設在上、下成型皮帶中間，其中下層纖維布平鋪在下成型皮帶的上層皮帶的上表面，上層纖維布緊貼上成型皮帶的下層皮帶的下表面。為穩定纖維布供應，分別設置備用纖維布輥，以方便纖維布用完后在不停機狀態下快捷切換備用纖維布。

3.3 成型工藝設計及成型模腔結構開發

第73 頁圖2 為纖維石膏板澆筑成型原理：攪拌注漿機內的石膏料漿貼附在下成型皮帶上的下層纖維布上，上、下成型皮帶帶動石膏料漿同步運動，當石膏料漿通過成型壓板時，在上、下成型皮帶的擠壓下成型為平面狀，同時上、下纖維布敷面在石膏料漿的上、下表面，石膏料漿快速初凝并被皮帶帶動連續向右運動，兩層纖維布被凝固的板材同步拉動，直至上成型皮帶上揚脫離石膏板的上表面，完成了纖維石膏板的成型過程。石膏料漿注入到下成型皮帶的下層纖維布上后，由于纖維布是網格形態，因此無法組建封閉模腔，所以料漿澆筑時纖維布兩側端會發生嚴重的漏漿問題，必須進行工藝和設備的創新，構建纖維石膏板專用成型模腔。

圖2 維石膏板澆筑成型原理圖

創新開發的模腔結構見圖3－a，下成型皮帶采用高韌性橡膠材料制造，設計為U 形異構皮帶；上成型皮帶為平面皮帶，皮帶寬度等于下成型皮帶U形槽的內寬度，上成型皮帶的下底面正好伸入U 形槽內，距離U 形槽底面的高度等于纖維石膏板的生產厚度；為使上成型皮帶的下底面保持水平，其上表面設置剛性的下底面水平成型壓板，并使上成型皮帶保持繃緊狀態，上成型皮帶和下成型皮帶的U形槽構成了上下封閉、左右貫通的澆筑模腔。依此原理制造的成型機見圖3－b。

圖3 成型模腔結構圖及成型機整體圖片

3.4 高速切割工藝和設備

傳統紙面石膏板的切割方式采用靜態固定的旋轉鋸刀進行定尺寸切斷，但是對于高速運動的纖維石膏板，旋轉鋸刀容易損傷切口，因此開發隨動切割工藝進行鋸切：切割鋸為往復運動安裝，切割時和纖維石膏板同步運動，此時切割鋸與纖維石膏板相對靜止，鋸片對纖維石膏板進行橫向鋸斷，完成鋸斷后，切割鋸做返程運動，纖維石膏板持續運動，待石膏板位移一個切割長度時切割鋸正好返程結束，再次同步運動進行鋸切。

開發預熱固化工藝流程：為保證鋸切時石膏板的凝固硬度，對運輸輥道線的機械結構進行局部改造，在敞開輥道上開發貫通式半封閉結構的預干燥箱和回熱利用結構，將后期干燥工序中排放的潮濕余熱收集運送到預干燥箱內，并使初凝的纖維石膏板在運輸過程中穿過預干燥箱體，通過熱風吹拂石膏板，使其盡快達到切割硬度條件，所消耗的熱量為回收的廢熱，沒有增加額外能源消耗。

3.5 干燥、整理和包裝工藝流程

纖維石膏板干燥流程：石膏板通過第一橫向輸送機進入到升降分配機，被輸送到干燥機的各層內進行烘干，烘干時熱風進入循環風道中進行排潮處理，排潮后的干燥風再次加熱后輸送回干燥機，排潮出的熱水蒸氣回收并送入預熱固化箱內對石膏板進行加熱固化。

干板處理工藝流程：烘干后的石膏板通過第二橫向輸送機送至合片機合片處理，使每組石膏板的使用面相對扣疊放在一起。

包裝儲存工藝：合片后的石膏板通過碼垛系統進行碼垛、捆扎機固定、覆膜纏繞后，入庫儲存。

4 樣機技術指標設定

1）設備的標準及型號設定。纖維布敷面石膏板是新型墻體材料，其各級標準還未制定，產品質量暫參考GB/T 9775—2008 紙面石膏板執行。確定產品名稱：纖維布敷面石膏板生產裝備；企業產品型號：LV/ZQ－3000，型號含義 “綠洲/增強型——年產量3 000 萬m2”。

2）纖維石膏板規格及指標設定。纖維石膏板板厚：9．5～12 mm；板寬：1 200 mm；標準板長度：2 400 mm/3 000 mm；板重：13 kg/m2（厚度=9．5 mm）；石膏粉使用量：12 kg/m2（厚度=9．5 mm）。

3）設備技術參數指標設定。設計生產能力：3 000 萬㎡/a；設備運行時間：7 200 h/a；成型、凝固段長度 （攪拌機至切割機）：350 m；成型線速度：20～60 m/min；干燥機速度：2～5 m/min；干燥機封閉段長度：150 m；干燥機封閉段內停留時間：60 min （可調）；水膏比：1∶0．4；烘干后石膏板含水率：≤5%；料漿凝固時間：≤12 min。

綜上所述，基于以上技術指標的纖維石膏板高速生產線成套設備在國內屬首創研發，目前已獲得多件國家專利授權，技術成果填補了國內空白，在國際上，也未見相關設備的開發和銷售信息，因此本成果的創新性顯著。目前河北綠洲機械制造集團有限公司開發的樣機已經被客戶訂購，正在用戶企業安裝調試中，即將正式投產，隨著正式投產后的巨大示范效益，高產能纖維石膏板設備的市場應用潛力將愈發顯現。