浅谈烧结砖隧道窑生产过程中的问题与发现

静jing

浅谈烧结砖隧道窑生产过程中的问题与发现

随着我国墙材烧结砖不断的快速发展，使用隧道窑烧结新墙材是当前生产厂家首选的热工设备。笔者走访了很多生产厂家，了解到在烧结砖隧道窑生产过程中均存在不同程度的生产通病。在此，对如何及时改进隧道窑生产中的问题，笔者提出一点理论上的改进办法，与同行及生产厂家共同商榷。

　　一、不同的原料应选择不同的工艺流程
根据行业有关政策规定，限制或禁止生产和使用粘土实心砖，现有生产烧结砖的主要原料以煤矸石、页岩、矿渣、粉煤灰、江河淤泥、建筑垃圾等为主。 为了更好的掌握生产过程中的烧结技术，首先确定的是要搞清楚生产品种与原料的关系，而后确定烧结砖隧道窑的结构，二者关系必须统一起来，最后确立整厂工艺流程。这是我们必须掌握的原则问题，千万不能有指导方向性的错误。 其一，首先需要我们对原料的化学成份在制品中有何影响进行了解：一是二氧化硅（SiO2）含量多，说明其含游离石英杂质多，会削弱原料的可塑性，砖坯干燥收缩和烧成收缩小，有利于快速干燥，但制品抗压强度低；二氧化硅含量过少，则满足不了硅酸盐矿物固相反应的需要，制品抗冻性能差。二是三氧化二铝（AI2O2）含量多,砖坯的焙烧温度偏高,制品的耐火度高,但抗冻性能差；三氧化二铝含量过少，同样满足不了矿物固相反应的需要，制品抗折强度低。三是氧化铁（Fe2O3）是一种助熔剂，常以赤铁矿（Fe2O3）或褐铁矿（Fe2O3·3H2O）等形式存在，氧化铁含量较多时，烧成温度偏低，制品的耐火度低，另外它影响制品的颜色。焙烧时窑内处于还原焰气氛时，氧化铁被还原成低价铁的氧化物，制品呈黑灰色，焙烧时窑内处于氧化焰气氛时，则制品呈紫红色。四是氧化钙（Ca O）和氧化镁（MgO）细散状态的碳酸钙和碳酸镁（钙和镁是以碳酸盐状态存在于原料中的）是强烈的助熔剂。它会使坯体的烧结温度范围变小，降低制品的耐火度，并相应地使制品产生多孔现象。五是三氧化硫（S O3）是以硫酸盐状态存在于原料中的,它在焙烧时产生的二氧化硫（S O2）气体,腐蚀金属设备,并有损于操作工人的健康。同时,因二氧化硫气体体积膨胀,使制品崩溃成松散状,影响制品质量。六是烧矢量是原料中存在有机物所致,粘土中有机物含量一般为2.5%～14%,它主要是由动植物腐烂而生成。含有机物多的原料可塑性一般比较高,制品干燥后强度较高,但干燥收缩大,干燥速度快,则易开裂,焙烧时的烧矢量较大,制品孔隙率亦较高,因此要求对原料中有机物含量越少越好。
    其二,原料颗粒与颗粒级配也是应注重的环节之一,不同的产品对颗粒要求的级配也不一样。由于粘土矿物大部分存在于小于0.002mm的颗粒中,而原料的许多性能又取决于粘土矿物组成,所以国际上不少国家都以大于0.02mm,0.02～0.002mm,小于0.002mm来分级的。大于0.02mm的颗粒称砂粒,它没有粘结性能,在干燥和焙烧过程中主要起骨架作用,它的含量多少直接影响坯体成型、干燥和焙烧性能。如原料中砂粒含量少，则成型较容易,但干燥比较困难，焙烧温度降低；反之如果原料中砂粒含量多，则成型较困难，但干燥比较容易，焙烧温度提高。0.02～0.002mm的颗粒称为尘粒,它有一定的粘结性能,但干燥后松散，它在坯体成型和焙烧过程中，一方面起骨架作用，另一方面起填充作用。小于0.002mm的颗粒称为粘粒，它有粘结性能，干燥后结合力强。在坯体成型和焙烧过程中起填充作用，与水作用产生可塑性。粘粒不能太少，也不能太多，太多会导致干燥困难。原料中的砂粒、尘粒和粘粒三组分要有合适的比例,才能作为烧结砖的原料。例如,实心砖﹤0.002mm10%～49%,0.002～0.02mm﹥10%,﹥0.02mm﹤70%。如承重空心砖, ﹤0.002mm20%～50%,0.002～0.02mm﹥10%,﹥0.02mm﹤60%。
　　其三,原料车间的设备选型是关键的一环。设备选型与原料的匹配,是重中之重,设备使用率的高低与我们采用生产原料,有着直接的关系。如何选好设备型号和提高使用率就应该根据不同的原料选择不同的机械设备，设备的选型与焙烧工艺要相互匹配。笔者走访了很多生产厂家,有的用户为了节省项目的前期费用,没有可研、实验、试生产、再生产的环节，照搬其他用户的生产流程,结果是张冠李戴,导致生产不能正常。例如,破碎、过筛、输送、存化、搅拌、挤出、切码运等系统,都要与原料性能相适应,再与后段烧结相配合,然后确立工艺流程,使生产环节要有具备提高工效的潜力因素。这样才能使设备运转率达到理想状态。不同的原料选择相适应的设备才是最佳选择。在此有一关键环节要注意,现在有很多相同设备，标注的技术参数却不同,甚至有的标注的数据与实际生产结果有很大差异,尤其是一些小的机械制造企业为了迎合客户的心态,低价格,高参数,严重扰乱了行业的技术规范,使有些想节省投资的客户选用了一些劣质产品,直接影响生产,导致行业上的不良竞争,尤其是对偏远、经济落后的地区更是雪上加霜，误导了投资人。
    其四,选择合理的原料才能生产合格的产品。产品的不同对原料的要求也不同,不同地区的需求,就应该生产不同的产品,尤其是地域的差异,也有不同的工艺要求。我们在调查很多烧结砖生产厂家时发现,有的产品不畅销,有的产品供不应求,这也与很多投资人对新墙材产品的一种认识不足有关。到南方地域考察,在北方投资生产,也不结合当地实际,其结果可想而知。我们知道烧结砖产品的销售半径50公里为最佳销售圈,销售价格是局部性。砖厂投资人要想对原料真正全面理解清楚,就务必多请教行业专家们,听取他们的指导意见，这样的投资才能有所收获。
二、掌握隧道窑的性能与生产结构的关系
    对于烧结砖隧道窑,刚进入这个行业的人士要想真正了解还需要一个过程,才能掌握生产设备的性能与用途。同样的原料,同样的工艺,同样的设备，生产的结果却不尽相同，这是因为他们对于窑炉热工设备的性能、维修、保养不熟悉,而现在市场上隧道窑的型号各不相同、差异很大，也不规范。尤其是有的投资者对隧道窑的要求设想很高,又想投资少,产量大的窑型来满足自己的理想,这样一来对设计生产者来说就有很大的挑战。我想,大家还是要回归到热工原理上进行分析,把握规则,根据理论依据，掌握它的性能与结构,才能进入理想正常生产状态，否则就是异想天开。现在我们来谈一下砖坯焙烧过程中产生的变化。这些变化的主要内容有：矿物结构的变化,生产新矿物,各种组分发生分解、化合、再结晶,扩散、熔融,颜色,密度,吸水率等一系列变化。最后变成具有一定颜色,致密坚硬,机械强度高的制品。当坯体被加热时,首先排除原料矿物中的水分,在200C0以前残余的自由水及大气吸附水被排除出去。在400～600 C0时结构水自原料中分解,使坯体变得多孔、松驰,因而水分易于排除，加热速度可以加快。此阶段坯体强度有所下降,升温至573 C0时,β－石英转化成α－石英，体积增加0.82%,此时如升温过快，就有产生裂纹和使结构松驰的危险。600 C0以后固相反应开始进行。在650～800 C0如有易熔物存在,开始烧结,产生收缩。在600～900 C0如果原料中含有较多的可燃物质,这些物质需要较长时间完成氧化过程，在 930～970 C0碳酸钙分解成为氧化钙和二氧化碳。通过焙烧使原料中细颗粒通过硅酸盐化合作用，将可形成不可逆的固体。窑体内的冷空气通过冷却带的砖垛,由于热交换过程制品被冷却到20～40C0。冷却的速度因原料而定,尤其冷却到573 C0时,游离石英由α型转变为β型,体积急剧收缩0.82%,使坯体中产生很大的内应力。此时应缓慢冷却,否则易使制品开裂。
  其一,制品的干燥与烧成的关系。干燥后的砖坯在进焙烧窑前要达到含水率小于6%,这项技术参数对烧成来说是一项过硬的指标。如果大于6%的含水率将直接影响后面的烧成。如何控制好干燥这一环节？首先我们要掌握干燥窑的生产过程，了解有哪些影响干燥的因素。一是坯体原料的性质和坯体的形状大小、厚度、孔洞率。二是坯体的成型含水率,残余含水率。三是坯体本身的温度越高则干燥速度越快。如果坯体在成型时加热可以提高干燥速度。四是干燥介质的温度越高则干燥速度越快。但温度过高会使坯体开裂。五是干燥介质的相对湿度越低,则干燥速度越快,在等速干燥阶段此影响最明显。干燥介质的流动速度越大,干燥速度越快。六是干燥介质与坯体的接触面积越大,则干燥速度越快，接触面积大小主要决定于坯体的码坯形式。七是干燥窑的结构、送排风的形式及风机的选型。八是干燥窑的结构上要注重四个方面的结构处理,如加热阶段,等速干燥阶段,降速干燥阶段,平衡阶段。九是干燥倒坯是常见的最头痛的问题,尤其是春季南方地域的生产厂家，最为普遍。十是干燥进车速度不均匀，干燥曲线变化无常，送热与热分布、排潮与风速与原料的性能各不相同。如何来掌控这些因素关系,处理好这么多环节将与烧成都有直接的关系。
   其二，烧成产品的质量及产量，是生产过程中的关键环节。笔者参观了很多生产厂家，反应的情况最为突出的有：设计与实际生产有差异，产品的能耗与生产成本过高，产品的优等率过低，窑炉的自身能耗高等等。这些问题的出现主要反应在烧成窑不合理的结构上。而这些不合理结构的窑炉大多出自非专业窑炉公司之手，他们不讲科技，没有理论依据，拿着一张抄袭的图纸走天下，完全没有按照《烧结砖瓦工厂设计规范》中的有关规定实施，更谈不上什么节能降耗，坑了不少的投资人。在此，我们要想解决生产过程中出现的上述问题，就要从根源上着手，掌握热工设备上的关键结构及技术要求，从根本上解决先天不足之处，才有利于确保投产后能顺利达产达标，使投资人见到效益，这样才能促进墙材事业的发展。大家要清楚窑炉是一项热工设备,而非一种建筑物,要想掌握热工设备的生产性能就必须从它的结构及选材上进行全方位的了解。如何根据生产产品的特性来确立窑炉的结构和选材？在中国质检出版社出版的徐厚林著《砖瓦窑炉技术文选》中有详细内容,在此不赘述。
   其三，如何降低烧结隧道窑能耗是控制生产成本的关键环节。降低窑炉热损能耗是多环节的过程,并非单项环节就能降耗的。例如,通常吸热较大的方位有窑墙、窑顶、窑车、热量利用、烟囱排出、自然介质温度、材质的吸热并放热,窑体密封及合理的烧成曲线，窑炉生产的升温与降温的时间控制,可燃物的挥发值,产品的冷却时间,上下火道温差,火道走向,上下火的关系,以及窑炉的蹲火等一系列情况都要进行全方掌握，并严格控制在规范范围内，才能确保生产过程的节能降耗。
   其四，生产管理上的松懈也是很多企业通常出现的弊病。笔者在走访过程中。发现很多较规范的专业窑炉公司承建的窑炉，其制造的窑炉质量很好，但生产状况不尽人意，生产现场非常杂乱，工人不懂操作规程,不善于进行窑炉保护,不注重生产环节,排放物乱扔乱放,烟气、二氧化硫不处理，造成周边环境污染。一个企业的效益关键来自管理，管理也是一门学科，如何进行规范化的管理？首先，管理者自身一是要懂行,二是要从整厂的设备性能技术着手，三要培养一批中层和基层技术骨干及熟练的操作工人，宣贯操作规范和操作流程，尤其是整厂的平面管理。
   其五，现着重谈一点窑炉生产过程中应注意的环节。
一是干燥窑的性能与干燥过程。无论干燥风量风速过大亦或是干燥风温过高、周期较短，都不利于干燥，极易造成砖坯裂纹。二是造成砖坯裂纹的根本原因是干燥工艺不当，即干燥制度不合理造成的。一定要按照砖坯干燥的四个阶段，即砖坯加热干燥段、砖坯等速干燥段、砖坯的降速干燥段、砖坯的平衡干燥段的特征及其工艺操作方法进行操作。砖坯加热阶段，是坯体随温度升高而干燥速度加快，坯体开始产生干燥收缩。在干燥过程中，砖坯水分的外扩散速度与内扩散速度相等时，即干燥进入等速阶段，这时,干燥进行最为强烈。如果外扩散速度远远大于内扩散速度，则坯体形成很大的水分梯度，导致坯体表面收缩很大，当收缩产生的应力大于坯体强度时，坯体表面就形成裂纹。当干燥过程中，坯体表面上的水分等于大气吸附水分时，蒸发面随着水分的减少而逐渐缩向坯体内部的毛细孔道中，干燥速度逐渐降低，即干燥进入降速段。在降速阶段，坯体内只是相应增加气孔，并不发生体积收缩，所以，坯体在降速阶段不会产生干燥裂纹。在等速干燥阶段与降速干燥阶段之间有一个分界点，即干燥临界点。砖坯处于干燥临界点时的砖坯水分蒸发释放已达到一个极限含水率，临界含水率也就是砖坯在临界点处的含水率。此时因固体颗粒失去周围的水分而相互靠近，直到它们互相接触并靠拢在一起，因此，砖坯干燥过程到达干燥临界点以后，或者说，砖坯水分达到临界含水率以后，坯体即停止收缩。
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