适宜的干燥环境是砖坯顺利干燥的坚实基础

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  适宜的干燥环境是砖坯顺利干燥的坚实基础                                                                                                  

把砖坯中的水分排出的过程叫作“干燥过程”，在烧结砖的生产过程中，干燥和焙烧是紧密相联的两道工序，而干燥则是焙烧的“先行官”。只有“先行官逢山开路，遇水架桥”开辟出一条畅通的大道，三军才可以顺利前进。砖的生产也是一样，只有干燥工序能及时提供数量足够，质量合格，已经完全干透了的砖坯，焙烧才有可能顺顺当当。



在烧结砖的生产过程中，干燥和焙烧又很难彻底分开。因为，在焙烧窑的预热带的开始阶段，砖坯在预热升温的同时还要继续排出其残余水份，两者同步进行。是既干燥又焙烧。
在一次码烧的生产工艺中，干燥和焙烧所占用的窑炉长度以及需要的时间通常是一样多。
实践证明：烧结砖生产所产生的废次品中，大多是在砖坯干燥过程中的某些环节处理不当而造成的。这些已经带有“残疾”的砖坯进入焙烧工序以后继续发展终成废次品。因为焙烧工序不是“医院”，不可能治愈已经伤残了的砖坯。
在实际生产中，砖坯的干燥和焙烧对窑内小环境的要求也不完全一样。焙烧只要求各带的风量和温度必须适当；干燥则除要求其各个阶段的风量和温度必须适当以外，还对各个阶段的风的相对湿度有一定的严格要求，条件比焙烧还要苛刻。因为不适当的相对湿度的风正是干燥裂纹、吸潮、凝露直至砖坯潮塌、爆坯的罪魁祸首！这是因为湿坯就像出生不久的婴儿，抵抗力弱，需要细心呵护。那种重焙烧轻干燥的生产管理模式是注定要吃亏的。
砖坯的干燥包括两个过程：先是砖坯中的水受热汽化变成水蒸汽，然后这些溢出来的水汽脱离砖坯排入大气，这一过程在教科书上称为“蒸发”。在干燥窑里面，这些都要依靠风来帮忙。先是风把从焙烧窑获得的热量传递给比它温度低的砖坯，使砖坯里的水份受热汽化，然后再把这些“挤到”砖坯表面的水蒸汽带走，排入大气。所以风就是干燥过程中的热量、传热、水分蒸发等物理现象的介质（载体），起到非常关键的作用。因此要想把砖坯干燥得很好，就必须先充分了解风、水、水蒸汽、泥料之间的关系，掌握砖坯的“脾气”，以便扬长避短使三者达到最佳组合。
先谈风，风携带热量的本事可以说是无限的，在冶金行业、热风炉里的风温可达1000℃～2000℃或更高，在热电厂，过热水蒸汽的温度也能够达到1000℃左右或更高，而人工干燥室的气温大多在120℃以下，这对于风来说，简直是“小菜一碟”。但风携带水汽的能力就十分有限，总体来看，是温度越高每Nm３（标准立方米，下同）所能带走的水汽也越多。下表列出每Nm３的风在0℃～100℃时的饱和含水量，单位是克／立方标米。
空气在下列温度时的饱和含水量


从表中可以看出，同样是1Nm3的空气其在100℃时所能搭载的水蒸汽的重量是0℃时的180.2倍！
必须注意的是空气在搭载水蒸汽时还有两个“倔脾气”，一是绝对不许超载，多0.1克也不行。二是搭载了水汽的空气当其温度下降时搭载能力也随之迅速下降。一旦降到其搭载的水汽已达到其饱和含水量时就成了“饱和湿度”或称相对湿度已达100％。此时如果温度持续下降，它就会毫不客气的把多出来的水汽“挤出舱外”甩掉！
举个例子来说，如果进入干燥窑的热风温度为100℃，其每m3空气中的含水量为88.09克，则其相对湿度仅为10％，还有90％的“空位”。满打满算还可以再搭载792.81克水！但当它走到干燥窑的进车端（干燥窑中砖坯的预热段）时热量已大部分传递给了温度较低的砖坯，本身温度已降到50℃，此时空气的饱和含水量为98.13克／m3，就算它一路上没有另外搭载砖坯排出来的水汽（注：这在实际上是不可能的）仅其原来所含有的88.09克水，其相对湿度已升至89.768％！只剩下约10％的空位，满打满算也只能再搭载10.0克水！如果此时其温度已降到40℃，那就更麻烦了，由于40℃时空气的饱和含水量只有38.62克／m3，则此时其相对湿度将达到150.2729％！这是绝对不可能的，它早已把多余的50.2729％即29.47克水挤出门外，而这些被遗弃的水汽将会依附在比它温度更低的砖坯表面，造成砖坯吸潮、凝露甚至潮塌！



水和水蒸汽有一个同样的“脾气”，就是温度越高，能量越大，“跑得也越快”。水在吸收了足够的热量（蒸发热）以后转变为水蒸气，其体积会膨胀22.4倍以上，温度越高，膨胀的倍数也越多。早年的蒸汽机车正是靠水蒸汽所产生的巨大膨胀力推动蒸汽机才能拖动数以千吨计的列车奔驰。
俗话说：“水往低处流”，这是事实，但并非水一定要往低处“走”。如果把一块干毛巾和一块湿毛巾放在一起，不管是湿毛巾在上面还是在下面，你都会发现很块干毛巾变湿了，湿毛巾则干了一点，直到两块毛巾的干湿度一致。这种情况，我们叫它“湿传导”。这是因为干毛巾疏散，纤维之间有很多孔隙，水就会“挤”过去“填平补齐”。如果湿毛巾是热的，你还会发现：干毛巾湿得更块，即湿传导的速度也更快。这又告诉我们，水的温度越高水也跑得更快，所以从热水中拧干了的毛巾和在冷水中同样拧干了的毛巾在同一条件下晾晒，热水中拧出来的毛巾干得更快。
都知道水在0℃时结冰，100℃时沸腾，转化为水蒸汽，其任何一点变化都必须有“热”来帮忙。实验表明：1kg液态水每升高1℃要吸收1kcal的热，当其由0℃升至100℃时累计要吸收100kcal的热量，而当其由100℃的水转化为100℃的水蒸汽时则要吸收574kcal的热量（蒸发热），是前者的5.74倍！
砖坯是水和泥料的组合体，在刚被挤出成型的砖坯里，泥料颗粒之间都隔着一层水膜而结合成团，在干燥窑里，风把砖坯里的水汽带走了，相邻的泥料颗粒互相靠拢，坯体收缩，这种脱水颗粒互相挤拢和坯体收缩基本是同步进行的。
在干燥窑里，砖坯只有表层和窑里的热风直接接触，升温和表层泥料中的水份吸热、汽化并被流动的热风带走使表层泥料颗粒互相靠拢产生收缩。而坯体内部的泥料还是冷的，没有吸收到热，水份也没有汽化脱去，泥料颗粒之间仍保持原有距离没有收缩，即坯体内外产生了温度差异，湿度差异导致收缩差异。而泥料的弹性系数极小，只有1％左右，一旦差异扩大，越过了泥料的容忍程度就会使砖坯表面被“拉裂”出现不规则的干燥裂纹。
如果此时砖坯已经内外全部受热升温，坯体内外一样热则坯体内部的水份也会因温度升高，活动能力加大，根据前述，“湿传导”的原理而依次递补前面水份脱出的空位，使坯体内外温度、湿度和收缩基本一致，就和日常排队购物一样，前面走了一个，后面依次跟上，消除差异，砖坯表面也就不会出现干燥裂纹了。要想实现这种状态，就必须要砖坯内外同步升温，但这又是不可能的，在锅里煮肉也是表面先熟，里面后热后熟，有个过程呢！于是就只剩下最后一招就是叫砖坯表层“只许升温，不许脱水”或升温而很少脱水，等砖坯内部温度升高到内外一样了，才开始大量脱水，由于此时坯体内外、水份都已升温活动能力大增，表层水份脱出一个，后面会立即依次紧跟补上，于是坯体内外同步升温、脱水、收缩，大家都一样，就不可能“撕破脸”产生裂纹了，办法就是让砖坯在进入干燥窑的一段时间里处于相对湿度较高的环境里，使其“闷热而出不来汗”，并把干燥窑的这一段称为“砖坯预热段”，在这一阶段里的砖坯“主要升温，极少脱水”，直到砖坯内外泥料水份温度都同样升高到一定程度。坯体内的水分都“跃跃欲试”急着想赶快脱离“闷热”环境时，才进入砖坯干燥的第二个阶段“干燥段”。在干燥窑的干燥段，砖坯基本上处于大量脱水而很少升温的状态。此时窑内热风所携带的大量热主要被砖坯中的整装待发的水份作为其蒸发时的蒸发热“吃掉了”。由于此时，坯体表里的泥料和水的温度都高，水份的活动能力也高。只要表层脱去一个水汽后面的水份就紧跟补上，不仅脱水快而且始终保持坯体各部的温度、湿度、收缩表里如一，而不致产生干燥裂纹。对烘烧并列的隧道窑，砖坯在通过干燥段后还要经过一段冷却段才出干燥窑，以便工人将其转运到焙烧窑。通常这种干燥窑中预热段和干燥段各占总长的五分之二，余下为冷却段。而在干燥焙烧一体化的直通式隧道窑中则没有“冷却段”经过干燥段的砖坯直接进入焙烧窑的预热带，节能又省事。
必须说明的是：进焙烧窑的砖坯常含有少量残余水份必须在预热带中继续排干净。砖坯中排出水汽的通道狭窄坯体内层水汽排出较为困难，如果预热带升温太快，产生的水汽太多，不能及时排出，这些水汽将会“聚众造反”破壁而出，轻则挤破砖坯表层，造成干燥裂纹，严重时还会爆破坯体，在砖上爆出“凹坑”直至爆坯和坯垛垮塌。上个世纪八十年代成都龙泉驿某砖厂就发生过严重爆坯，四个门带的砖全部爆完，据当时的烧窑工说“在窑上曾听见预热带的爆炸声”和“从火眼可看见坯垛倒塌”损失十分惨重。
前面说过：“砖坯在脱去水分的同时坯体同步收缩”。在生产中人们发现它们并非奉陪到底，而是水份脱去到一定程度时尽管还在继续脱水但砖坯已停止收缩！这是因为泥料颗粒的形状不是整齐划一的“豆腐干”，不可能排列整齐天衣无缝。砖坯收缩到相邻的泥料颗粒互相接触、顶住，砖坯收缩不动了，于是脱水继续，收缩停止。此时，遗留在颗粒之间缝隙里的水份蒸发后就在坯体中留下许多微孔，这些微孔互相串通而构成了一条从坯体深处通向表层的快速通道，这条通道不仅有助于深处水份迅速溢出，在焙烧带也有利于氧气进入，使砖坯深处的内掺煤尽量充分燃烧，降低焙烧煤耗。
我们把砖坯干燥中坯体停止收缩的“点”叫“临界点”，此时砖坯的含水率叫“临界含水率”。
研究还发现：不同性能泥料的临界点和临界含水率是不同的。一般来说，泥料的塑性越好，塑性指数越高，颗粒越细其临界点和临界含水率就越低，砖坯干燥时产生干燥裂纹的几率也越高，因此黏土砖就比矸石砖、页岩砖更容易产生干燥裂纹。而固定不变的原料，其临界含率也不会改变，是一个常数。
评价砖坯干燥时风险高低的技术参数是“干燥敏感性系数”，其数值越大，砖坯干燥时的风险也越高。其计算公式如下：



如果砖坯的成型含水率是泥料临界含率的2倍，则干燥敏感性系数为1，此时产生干燥裂纹的风险就小。如果成型含水率达到临界含水率的2.5倍，则干燥敏感性系数为1.5，属“中度风险”，仍在可控范围以内。万一成型含水率达到临界含水率的3倍或更多，则干燥敏感性系数将达到2，或更多则是高度风险了。
从上式可以看出：要想降低干燥敏感性系数只有两条路：一是降低砖坯成型含水率。办法是采用硬塑挤出的砖机，可以使成型含水率降到14％以下。二是提高泥料的临界含水率。也有两种情况：一是泥料本身的塑性指数太高，如高塑性的黏土，办法是“减肥”，即在泥料中掺入一定数量没有塑性或塑性很低的原料，如粉煤灰、沙（原料中二氧化硅含量不高时掺入），粉碎了的废砖和没有塑性的矿渣等。掺入量应通过试验确定，建议先少量后增加，以挤出成型不太困难，和砖坯正常干燥无裂纹为佳。二是泥料的塑性并不太高的页岩、煤矸石，宜采用优化泥料颗粒级配的办法，即适当提高泥料中颗粒度为0.08mm~1.2mm的中等颗粒（填充颗粒）的百分比，具体措施为在筛分设备上换用较粗的筛网。此项措施亦应循序渐进，应以砖机可以挤出成型，又大幅减少砖坯的干燥裂纹为佳。
为了干燥窑内经常保持一个适宜于砖坯干燥的小环境，至少必须做好以下几点：
一是干燥窑的所有送热口和排潮口的风门（风闸）都必须可调、可控。这不仅是由于不同泥料和不同砖型对干燥小环境的技术要求不尽相同，还因为进入窑内的风来自大气，而大气环境变幻无穷，如：下雨时大气的相对湿度几近饱和，而干冷的冬天大气的相对湿度较低，但气温也较低，这些都不仅直接影响焙烧，也在一定程度上影响干燥，有了灵活可控的风门，可以及时调整，使干燥窑里的小环境相对稳定。例如：当发现刚进入预热段的热风的相对湿度已接近80％时即应加大干燥段的进热风门，增加热风，以降低热风的相对湿度，以防预热段砖坯吸潮、凝露。和当发现干燥窑进车端的气体的相对湿度低于85％时又必须收小其排潮口的风门以保留部份湿气，以免产生干燥裂纹。一旦进车口气体的相对湿度大于95％又应立即大开排潮风门加速排潮防止砖坯吸潮、凝露、潮塌。
二是由于干燥窑的热风来源于焙烧窑，而焙烧时出现高温很难完全避免，一旦进入干燥窑的热风温度超过砖坯干燥所允许的温度的上限，必将造成砖坯大量干燥裂纹直至坯体开裂的质量事故，2002年成都某“页岩空心砖公司”采用轮窑配人工干燥室和人力手工掺配内燃煤，窑内常出现高温导致干燥室内大量砖坯报废，经常为此造成轮窑无坯可装，影响生产，损失巨大。所用送热风机的出风口至干燥室的送热风道长度约5m，从回车走廊地下通过进入干燥室，后来在送热道顶部开了一个送冷风孔，用内径400mm的由钢板做成的90°的配送冷风的弯管，其进风口略高于回车走廊地平面20mm，出风管的中线和送热烟道一致而略低于送热道的中线，冷风弯管出风一端的直线部份长1400mm。安好后发现弯管的进风口呈负压，有冷风自行进入，这是因为风机热风对冷风管产生的射流作用。因此，平时用盖子把进风口盖起来，一旦风机出口风温偏高，即打开盖子，让它自行吸入冷风，遇到热风温度太高时，则在冷风管的进风口上用一台400mm的排气扇强制送入冷风。从而杜绝了因进入干燥室热风温度太高所造成的损失。笔者以为：此种配送冷风装置宁可备而不用，不可用时没有。
三是按时进出车，不可急进车或连续进车，以免把没有预热到位，坯体里外温差较大的砖坯推入干燥段造成干燥裂纹，也不可长时间不进车致使预热段中的气流温度上升，相对湿度下降，不仅导致砖坯产生干燥裂纹，还打乱了干燥窑内的小环境的正常秩序。
四是干燥也应该有人管，不能只管进出车，还应该管窑里的小环境，即至少在天气突变时从窑的检测孔检测一下窑内气体的温度和相对湿度，并根据检测结果适时调整相关风门（闸）以保证窑内小环境经常处于正常状态，建成投产的窑炉更应加密检测频次，最好早、中、晚和半夜都检测一次，绘制其变化曲线和当时天气情况，以便找出窑的规律，据以修订相关规程。须知：用得好才是真的好，管理出效益嘛！
现在“电脑烧砖”逐渐推广，较大城市或发达地区普遍采用，对砖瓦工业烧结技术的进步和迈向自动化前进了一大步，成效显著。
在焙烧时的节能降耗，提高产品质量和成品率上更取得显著效益。据笔者所知，大多只监控温度，有的还只监测温度，这对于干燥窑来说显然不够，因为在干燥窑里，气流的相对湿度更重要，更是关系干燥质量的关键，对其检控工作不可或缺。建议宜与窑内温度同时检测，同步监控，以便对干燥窑内小环境的变化和质量隐患能及时发现、确实弄清、正确判断、妥善处理。把事故消灭在发生之前。以确保整个系统安全高效、优质降耗、平稳有序进行生产。更标志着烧结技术向全自动化方向更上一层楼。
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