隨著我國墻材燒結(jié)磚不斷的快速發(fā)展,使用隧道窯燒結(jié)新墻材是當前生產(chǎn)廠家首選的熱工設(shè)備。筆者走訪了很多生產(chǎn)廠家,了解到在燒結(jié)磚隧道窯生產(chǎn)過程中均存在不同程度的生產(chǎn)通病。在此,對如何及時改進隧道窯生產(chǎn)中的問題,筆者提出一點理論上的改進辦法,與同行及生產(chǎn)廠家共同商榷。
一、不同的原料應(yīng)選擇不同的工藝流程
根據(jù)行業(yè)有關(guān)政策規(guī)定,限制或禁止生產(chǎn)和使用粘土實心磚,現(xiàn)有生產(chǎn)燒結(jié)磚的主要原
料以煤矸石、頁巖、礦渣、粉煤灰、江河淤泥、建筑垃圾等為主。不同的原料應(yīng)選擇不同的工藝流程及設(shè)計方案,這是業(yè)內(nèi)所應(yīng)達成共識的常識。但現(xiàn)在市場上發(fā)現(xiàn)有很多不規(guī)范的窯爐公司和一些不正規(guī)的設(shè)計部門,給一些民營投資者帶來了很多誤導(dǎo),他們的錯誤設(shè)計方案和漏洞百出的窯爐給一些磚廠投資者帶來了巨大的損失。其表現(xiàn)在:有的生產(chǎn)廠家投產(chǎn)后就進行技改,有的更換原料,有的更換原料車間的機械設(shè)備,有的調(diào)整燒成工藝,有的調(diào)整生產(chǎn)產(chǎn)量。這些五花八門的變換、應(yīng)付式的生產(chǎn),無法從根本上解決其先天不足,既不能達產(chǎn)也不能達標。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)都是把門外漢當佛爺拜所造成的不良后果。
為了更好的掌握生產(chǎn)過程中的燒結(jié)技術(shù),首先確定的是要搞清楚生產(chǎn)品種與原料的關(guān)系,而后確定燒結(jié)磚隧道窯的結(jié)構(gòu),二者關(guān)系必須統(tǒng)一起來,最后確立整廠工藝流程。這是我們必須掌握的原則問題,千萬不能有指導(dǎo)方向性的錯誤。
其一,首先需要我們對原料的化學(xué)成份在制品中有何影響進行了解:一是二氧化硅(SiO2)含量多,說明其含游離石英雜質(zhì)多,會削弱原料的可塑性,磚坯干燥收縮和燒成收縮小,有利于快速干燥,但制品抗壓強度低;二氧化硅含量過少,則滿足不了硅酸鹽礦物固相反應(yīng)的需要,制品抗凍性能差。二是三氧化二鋁(AI2O2)含量多,磚坯的焙燒溫度偏高,制品的耐火度高,但抗凍性能差;三氧化二鋁含量過少,同樣滿足不了礦物固相反應(yīng)的需要,制品抗折強度低。三是氧化鐵(Fe2O3)是一種助熔劑,常以赤鐵礦(Fe2O3)或褐鐵礦(Fe2O3·3H2O)等形式存在,氧化鐵含量較多時,燒成溫度偏低,制品的耐火度低,另外它影響制品的顏色。焙燒時窯內(nèi)處于還原焰氣氛時,氧化鐵被還原成低價鐵的氧化物,制品呈黑灰色,焙燒時窯內(nèi)處于氧化焰氣氛時,則制品呈紫紅色。四是氧化鈣(Ca O)和氧化鎂(MgO)細散狀態(tài)的碳酸鈣和碳酸鎂(鈣和鎂是以碳酸鹽狀態(tài)存在于原料中的)是強烈的助熔劑。它會使坯體的燒結(jié)溫度范圍變小,降低制品的耐火度,并相應(yīng)地使制品產(chǎn)生多孔現(xiàn)象。五是三氧化硫(S O3)是以硫酸鹽狀態(tài)存在于原料中的,它在焙燒時產(chǎn)生的二氧化硫(S O2)氣體,腐蝕金屬設(shè)備,并有損于操作工人的健康。同時,因二氧化硫氣體體積膨脹,使制品崩潰成松散狀,影響制品質(zhì)量。六是燒矢量是原料中存在有機物所致,粘土中有機物含量一般為2.5%~14%,它主要是由動植物腐爛而生成。含有機物多的原料可塑性一般比較高,制品干燥后強度較高,但干燥收縮大,干燥速度快,則易開裂,焙燒時的燒矢量較大,制品孔隙率亦較高,因此要求對原料中有機物含量越少越好。
其二,原料顆粒與顆粒級配也是應(yīng)注重的環(huán)節(jié)之一,不同的產(chǎn)品對顆粒要求的級配也不一樣。由于粘土礦物大部分存在于小于0.002mm的顆粒中,而原料的許多性能又取決于粘土礦物組成,所以國際上不少國家都以大于0.02mm,0.02~0.002mm,小于0.002mm來分級的。大于0.02mm的顆粒稱砂粒,它沒有粘結(jié)性能,在干燥和焙燒過程中主要起骨架作用,它的含量多少直接影響坯體成型、干燥和焙燒性能。如原料中砂粒含量少,則成型較容易,但干燥比較困難,焙燒溫度降低;反之如果原料中砂粒含量多,則成型較困難,但干燥比較容易,焙燒溫度提高。0.02~0.002mm的顆粒稱為塵粒,它有一定的粘結(jié)性能,但干燥后松散,它在坯體成型和焙燒過程中,一方面起骨架作用,另一方面起填充作用。小于0.002mm的顆粒稱為粘粒,它有粘結(jié)性能,干燥后結(jié)合力強。在坯體成型和焙燒過程中起填充作用,與水作用產(chǎn)生可塑性。粘粒不能太少,也不能太多,太多會導(dǎo)致干燥困難。原料中的砂粒、塵粒和粘粒三組分要有合適的比例,才能作為燒結(jié)磚的原料。例如,實心磚﹤0.002mm10%~49%,0.002~0.02mm﹥10%,﹥0.02mm﹤70%。如承重空心磚, ﹤0.002mm20%~50%,0.002~0.02mm﹥10%,﹥0.02mm﹤60%。
其三,原料車間的設(shè)備選型是關(guān)鍵的一環(huán)。設(shè)備選型與原料的匹配,是重中之重,設(shè)備使用率的高低與我們采用生產(chǎn)原料,有著直接的關(guān)系。如何選好設(shè)備型號和提高使用率就應(yīng)該根據(jù)不同的原料選擇不同的機械設(shè)備,設(shè)備的選型與焙燒工藝要相互匹配。筆者走訪了很多生產(chǎn)廠家,有的用戶為了節(jié)省項目的前期費用,沒有可研、實驗、試生產(chǎn)、再生產(chǎn)的環(huán)節(jié),照搬其他用戶的生產(chǎn)流程,結(jié)果是張冠李戴,導(dǎo)致生產(chǎn)不能正常。例如,破碎、過篩、輸送、存化、攪拌、擠出、切碼運等系統(tǒng),都要與原料性能相適應(yīng),再與后段燒結(jié)相配合,然后確立工藝流程,使生產(chǎn)環(huán)節(jié)要有具備提高工效的潛力因素。這樣才能使設(shè)備運轉(zhuǎn)率達到理想狀態(tài)。不同的原料選擇相適應(yīng)的設(shè)備才是最佳選擇。在此有一關(guān)鍵環(huán)節(jié)要注意,現(xiàn)在有很多相同設(shè)備,標注的技術(shù)參數(shù)卻不同,甚至有的標注的數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)結(jié)果有很大差異,尤其是一些小的機械制造企業(yè)為了迎合客戶的心態(tài),低價格,高參數(shù),嚴重擾亂了行業(yè)的技術(shù)規(guī)范,使有些想節(jié)省投資的客戶選用了一些劣質(zhì)產(chǎn)品,直接影響生產(chǎn),導(dǎo)致行業(yè)上的不良競爭,尤其是對偏遠、經(jīng)濟落后的地區(qū)更是雪上加霜,誤導(dǎo)了投資人。
其四,選擇合理的原料才能生產(chǎn)合格的產(chǎn)品。產(chǎn)品的不同對原料的要求也不同,不同地區(qū)的需求,就應(yīng)該生產(chǎn)不同的產(chǎn)品,尤其是地域的差異,也有不同的工藝要求。我們在調(diào)查很多燒結(jié)磚生產(chǎn)廠家時發(fā)現(xiàn),有的產(chǎn)品不暢銷,有的產(chǎn)品供不應(yīng)求,這也與很多投資人對新墻材產(chǎn)品的一種認識不足有關(guān)。到南方地域考察,在北方投資生產(chǎn),也不結(jié)合當?shù)貙嶋H,其結(jié)果可想而知。我們知道燒結(jié)磚產(chǎn)品的銷售半徑50公里為最佳銷售圈,銷售價格是局部性。磚廠投資人要想對原料真正全面理解清楚,就務(wù)必多請教行業(yè)專家們,聽取他們的指導(dǎo)意見,這樣的投資才能有所收獲。
二、掌握隧道窯的性能與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的關(guān)系
對于燒結(jié)磚隧道窯,剛進入這個行業(yè)的人士要想真正了解還需要一個過程,才能掌握生
產(chǎn)設(shè)備的性能與用途。同樣的原料,同樣的工藝,同樣的設(shè)備,生產(chǎn)的結(jié)果卻不盡相同,這是因為他們對于窯爐熱工設(shè)備的性能、維修、保養(yǎng)不熟悉,而現(xiàn)在市場上隧道窯的型號各不相同、差異很大,也不規(guī)范。尤其是有的投資者對隧道窯的要求設(shè)想很高,又想投資少,產(chǎn)量大的窯型來滿足自己的理想,這樣一來對設(shè)計生產(chǎn)者來說就有很大的挑戰(zhàn)。我想,大家還是要回歸到熱工原理上進行分析,把握規(guī)則,根據(jù)理論依據(jù),掌握它的性能與結(jié)構(gòu),才能進入理想正常生產(chǎn)狀態(tài),否則就是異想天開?,F(xiàn)在我們來談一下磚坯焙燒過程中產(chǎn)生的變化。這些變化的主要內(nèi)容有:礦物結(jié)構(gòu)的變化,生產(chǎn)新礦物,各種組分發(fā)生分解、化合、再結(jié)晶,擴散、熔融,顏色,密度,吸水率等一系列變化。最后變成具有一定顏色,致密堅硬,機械強度高的制品。當坯體被加熱時,首先排除原料礦物中的水分,在200C0以前殘余的自由水及大氣吸附水被排除出去。在400~600 C0時結(jié)構(gòu)水自原料中分解,使坯體變得多孔、松馳,因而水分易于排除,加熱速度可以加快。此階段坯體強度有所下降,升溫至573 C0時,β-石英轉(zhuǎn)化成α-石英,體積增加0.82%,此時如升溫過快,就有產(chǎn)生裂紋和使結(jié)構(gòu)松馳的危險。600 C0以后固相反應(yīng)開始進行。在650~800 C0如有易熔物存在,開始燒結(jié),產(chǎn)生收縮。在600~900 C0如果原料中含有較多的可燃物質(zhì),這些物質(zhì)需要較長時間完成氧化過程,在 930~970 C0碳酸鈣分解成為氧化鈣和二氧化碳。通過焙燒使原料中細顆粒通過硅酸鹽化合作用,將可形成不可逆的固體。窯體內(nèi)的冷空氣通過冷卻帶的磚垛,由于熱交換過程制品被冷卻到20~40C0。冷卻的速度因原料而定,尤其冷卻到573 C0時,游離石英由α型轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦?體積急劇收縮0.82%,使坯體中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。此時應(yīng)緩慢冷卻,否則易使制品開裂。
其一,制品的干燥與燒成的關(guān)系。干燥后的磚坯在進焙燒窯前要達到含水率小于6%,這項技術(shù)參數(shù)對燒成來說是一項過硬的指標。如果大于6%的含水率將直接影響后面的燒成。如何控制好干燥這一環(huán)節(jié)?首先我們要掌握干燥窯的生產(chǎn)過程,了解有哪些影響干燥的因素。一是坯體原料的性質(zhì)和坯體的形狀大小、厚度、孔洞率。二是坯體的成型含水率,殘余含水率。三是坯體本身的溫度越高則干燥速度越快。如果坯體在成型時加熱可以提高干燥速度。四是干燥介質(zhì)的溫度越高則干燥速度越快。但溫度過高會使坯體開裂。五是干燥介質(zhì)的相對濕度越低,則干燥速度越快,在等速干燥階段此影響最明顯。干燥介質(zhì)的流動速度越大,干燥速度越快。六是干燥介質(zhì)與坯體的接觸面積越大,則干燥速度越快,接觸面積大小主要決定于坯體的碼坯形式。七是干燥窯的結(jié)構(gòu)、送排風(fēng)的形式及風(fēng)機的選型。八是干燥窯的結(jié)構(gòu)上要注重四個方面的結(jié)構(gòu)處理,如加熱階段,等速干燥階段,降速干燥階段,平衡階段。九是干燥倒坯是常見的最頭痛的問題,尤其是春季南方地域的生產(chǎn)廠家,最為普遍。十是干燥進車速度不均勻,干燥曲線變化無常,送熱與熱分布、排潮與風(fēng)速與原料的性能各不相同。如何來掌控這些因素關(guān)系,處理好這么多環(huán)節(jié)將與燒成都有直接的關(guān)系。
其二,燒成產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量,是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。筆者參觀了很多生產(chǎn)廠家,反應(yīng)的情況最為突出的有:設(shè)計與實際生產(chǎn)有差異,產(chǎn)品的能耗與生產(chǎn)成本過高,產(chǎn)品的優(yōu)等率過低,窯爐的自身能耗高等等。這些問題的出現(xiàn)主要反應(yīng)在燒成窯不合理的結(jié)構(gòu)上。而這些不合理結(jié)構(gòu)的窯爐大多出自非專業(yè)窯爐公司之手,他們不講科技,沒有理論依據(jù),拿著一張抄襲的圖紙走天下,完全沒有按照《燒結(jié)磚瓦工廠設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定實施,更談不上什么節(jié)能降耗,坑了不少的投資人。在此,我們要想解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的上述問題,就要從根源上著手,掌握熱工設(shè)備上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求,從根本上解決先天不足之處,才有利于確保投產(chǎn)后能順利達產(chǎn)達標,使投資人見到效益,這樣才能促進墻材事業(yè)的發(fā)展。大家要清楚窯爐是一項熱工設(shè)備,而非一種建筑物,要想掌握熱工設(shè)備的生產(chǎn)性能就必須從它的結(jié)構(gòu)及選材上進行全方位的了解。如何根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的特性來確立窯爐的結(jié)構(gòu)和選材?在中國質(zhì)檢出版社出版的徐厚林著《磚瓦窯爐技術(shù)文選》中有詳細內(nèi)容,在此不贅述。
其三,如何降低燒結(jié)隧道窯能耗是控制生產(chǎn)成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。降低窯爐熱損能耗是多環(huán)節(jié)的過程,并非單項環(huán)節(jié)就能降耗的。例如,通常吸熱較大的方位有窯墻、窯頂、窯車、熱量利用、煙囪排出、自然介質(zhì)溫度、材質(zhì)的吸熱并放熱,窯體密封及合理的燒成曲線,窯爐生產(chǎn)的升溫與降溫的時間控制,可燃物的揮發(fā)值,產(chǎn)品的冷卻時間,上下火道溫差,火道走向,上下火的關(guān)系,以及窯爐的蹲火等一系列情況都要進行全方掌握,并嚴格控制在規(guī)范范圍內(nèi),才能確保生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗。
其四,生產(chǎn)管理上的松懈也是很多企業(yè)通常出現(xiàn)的弊病。筆者在走訪過程中。發(fā)現(xiàn)很多較規(guī)范的專業(yè)窯爐公司承建的窯爐,其制造的窯爐質(zhì)量很好,但生產(chǎn)狀況不盡人意,生產(chǎn)現(xiàn)場非常雜亂,工人不懂操作規(guī)程,不善于進行窯爐保護,不注重生產(chǎn)環(huán)節(jié),排放物亂扔亂放,煙氣、二氧化硫不處理,造成周邊環(huán)境污染。一個企業(yè)的效益關(guān)鍵來自管理,管理也是一門學(xué)科,如何進行規(guī)范化的管理?首先,管理者自身一是要懂行,二是要從整廠的設(shè)備性能技術(shù)著手,三要培養(yǎng)一批中層和基層技術(shù)骨干及熟練的操作工人,宣貫操作規(guī)范和操作流程,尤其是整廠的平面管理。
其五,現(xiàn)著重談一點窯爐生產(chǎn)過程中應(yīng)注意的環(huán)節(jié)。
一是干燥窯的性能與干燥過程。無論干燥風(fēng)量風(fēng)速過大亦或是干燥風(fēng)溫過高、周期較短,都不利于干燥,極易造成磚坯裂紋。二是造成磚坯裂紋的根本原因是干燥工藝不當,即干燥制度不合理造成的。一定要按照磚坯干燥的四個階段,即磚坯加熱干燥段、磚坯等速干燥段、磚坯的降速干燥段、磚坯的平衡干燥段的特征及其工藝操作方法進行操作。磚坯加熱階段,是坯體隨溫度升高而干燥速度加快,坯體開始產(chǎn)生干燥收縮。在干燥過程中,磚坯水分的外擴散速度與內(nèi)擴散速度相等時,即干燥進入等速階段,這時,干燥進行最為強烈。如果外擴散速度遠遠大于內(nèi)擴散速度,則坯體形成很大的水分梯度,導(dǎo)致坯體表面收縮很大,當收縮產(chǎn)生的應(yīng)力大于坯體強度時,坯體表面就形成裂紋。當干燥過程中,坯體表面上的水分等于大氣吸附水分時,蒸發(fā)面隨著水分的減少而逐漸縮向坯體內(nèi)部的毛細孔道中,干燥速度逐漸降低,即干燥進入降速段。在降速階段,坯體內(nèi)只是相應(yīng)增加氣孔,并不發(fā)生體積收縮,所以,坯體在降速階段不會產(chǎn)生干燥裂紋。在等速干燥階段與降速干燥階段之間有一個分界點,即干燥臨界點。磚坯處于干燥臨界點時的磚坯水分蒸發(fā)釋放已達到一個極限含水率,臨界含水率也就是磚坯在臨界點處的含水率。此時因固體顆粒失去周圍的水分而相互靠近,直到它們互相接觸并靠攏在一起,因此,磚坯干燥過程到達干燥臨界點以后,或者說,磚坯水分達到臨界含水率以后,坯體即停止收縮。干燥臨界點是磚坯干燥過程中的分水嶺,在干燥臨界點以前磚坯每脫去一滴水都會引起收縮,也就可能造成坯體裂紋,如果送風(fēng)量過大,干燥速度加快,就一定會使坯體產(chǎn)生裂紋。在臨界點以后,坯體已不再收縮,就是使用大風(fēng)量,高溫的熱介質(zhì),坯體脫水速度再快,也不會產(chǎn)生干燥收縮。所以,在臨界點以前,要嚴格控制送入干燥窯的熱風(fēng)溫度與風(fēng)量,在保證坯體不產(chǎn)生裂紋的情況下,提高干燥速度。臨界點以后,由于干燥過程已不會使坯體產(chǎn)生破壞性裂紋,所以,應(yīng)該用最大的通風(fēng)量和最高的熱介質(zhì)溫度,快速地脫去坯體中的水分,提高干燥速度。由此可見,準確地確定隧道窯干燥臨界點的位置,對于隧道干燥窯的設(shè)計與生產(chǎn)操作都中十分重要。在生產(chǎn)過程中,臨界點在隧道干燥窯中的準確位置,操作者無法直接確定,只能通過調(diào)試各送風(fēng)口的風(fēng)量、風(fēng)溫以及磚坯在的干燥質(zhì)量和干燥速度來摸索出一個較小的范圍,即可滿足生產(chǎn)操作需要。如果干燥過程中窯內(nèi)經(jīng)常發(fā)生塌坯現(xiàn)象,尤其是季節(jié)交替時,這種塌坯現(xiàn)象最為嚴重,如何進行處理:加強干燥窯體和頂部的保溫措施和窯爐進出端的密封措施,防止冷風(fēng)進入排湖潮口而降低排潮溫度,根據(jù)天氣降溫的變化情況提高入窯的風(fēng)溫與風(fēng)量,發(fā)現(xiàn)塌坯車位時,加大高溫?zé)犸L(fēng)的輸入量,可在窯的兩側(cè)及窯車臺面以上部位增設(shè)進風(fēng)口,采取一些其他必要措施,提高排潮口的溫度必須大于50 C0,這樣有效的控制塌坯現(xiàn)象的出現(xiàn)。
二是窯爐在焙燒過程中必須要掌控的環(huán)節(jié)過程和要注意的事項。根據(jù)原料的不同最高燒成溫度的控制,開始燒結(jié)溫度的控制,最終燒結(jié)溫度的控制,燒成溫度范圍控制,燒成曲線的控制,要有合理的升溫時間的確定,合理的保溫時間的確定,合理的冷卻時間的確定,注意焙燒的壓力制度,窯爐供風(fēng)量的送入。在焙燒過程中通常會出現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷有,欠火或過火磚,制品的裂紋,黑心和壓花,面包磚,燒焦起泡磚,制品中的石灰爆裂,制品中的泛霜,制品表面的印紋,制品的色差,等一系列的問題出現(xiàn),如何防范此類問題,首先根據(jù)不同情況采取對癥下藥的措施,將原料與燒成過程中的所有環(huán)節(jié)必須在自已的掌控中,在此筆者不贅述,請參照《制磚工藝技術(shù)與生產(chǎn)經(jīng)營管理文集》(由畢由增、梁嘉琪、趙建海編著)及《燒結(jié)磚瓦生產(chǎn)技術(shù)350問》(趙鎮(zhèn)魁編著)。如窯爐在正常生產(chǎn)過程中,我們發(fā)現(xiàn)很多企業(yè)不注重異常情況的觀察,特別是吊頂式的隧道窯,大斷面的平頂窯,窯頂?shù)醮u及窯頂?shù)母魺岜叵到y(tǒng),最容易出現(xiàn)問題的地方要多加觀察,燒壞的頂磚要及時更換,掌握不停火的情況下進行換磚技術(shù),確保窯爐正常生產(chǎn)。
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