一次码烧隧道窑砖坯容易倒塌的原因

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近几年来，由于很多中小型建没单位在建造隧道窑时不委托正规设计人员根据砖厂原料性能进行可行性研究及工艺设计，而是套用其他厂家的图纸，结果造成砖坯干燥效果不佳或在干燥过程中严重塌坯倒窑的后果。笔者曾应邀处理过不少干燥窑塌坯事故，为防止这类事故的继续发生，笔者针对塌坯产生的原因及处理方法谈一点体会。

1、根据原料确定工艺

隧道窑一次码烧工艺有着节省场地、减少人力，自动化程度高、节省投资等优势，但是能否采用一次码烧工艺，关键取决于原料性能。适宜采用一次码烧工艺的原料有煤矸石、页岩及煤矸石、页岩掺量较高的原料。对于粉煤灰、粘土、红土掺量较高、软质页岩及干燥收缩较大、临界水分较低等软质原料慎用一次码烧工艺，即使采用一次码烧也要延长干燥时间，降低坯体升温速度．严格控制码车高度，一般应控制在12层以下。对于那些计划筹建一次码烧隧道窑生产线的厂家，应对原料进行化验分析，外多听听专家意见，以防止此类问题继续发生。

2、原料处理

一次码烧工艺除了对原料性能要求较高外，还要求对原料进行处理，原料颗粒级配更加合理。对于煤矸石或硬质页岩来说，虽然适合采用一次码烧工艺，但是如果原料处理细度不合理。陈化效果不好，就不能保证砖坯的成型。湿坯强度及干燥效果．坯体进入干燥窑升温后就会变软，强度下降，底部坯体无法承受上部坯体的压力而塌坯。因此，原料细度必须满足：∠0.5mm占55%以上，05.mm-1mm占20%-25%，1mm-2mm占20%以下。原料塑性指数越低，细料比例应该越高。

原料陈化是保证砖坯成型质量的关键，对于煤矸石、页岩特别是工业废渣为主，多种原料混合而成的制砖原料，原料陈化是必不可少的工艺，因为塑性较低且多为颗粒状的原料在没有陈化工艺时，从原料粉碎后加水搅拌到进入砖机出坯只有短短的几分钟时间，外加的水分只在原料颗粒的表面，而没有渗入颗粒内部，也就保证不了成型坯体的质量。只有将原料加水至成型含水率搅拌后送人陈化库，经过3天以上的陈化，然后再经过细碎对辊机或轮碾机碾练才能确保成型坯体的质量。原料在挤出机的上级部分尽量做到不加水，因为上级搅拌加入的水没有足够的时间渗透到原料内部，这种表面水在强大的挤出压力作用下随砖机绞龙旋转摩擦，在泥料层流间形成水膜，会使坯体在干燥过程中产生分层和裂纹，不但影响坯体干燥质量，也会降低坯体强度，导致塌坯。这里必须说明的是陈化原料必须是加水搅拌后送入封闭保湿的陈化库中进行陈化，进入陈化库的原料含水率基本等于成型所要求的含水率，而不是像有些砖厂那样只是把粉好的细干料堆起来说是在陈化，事实上不加水搅拌的干料堆放几乎没有陈化效果。

3、采用半硬塑成型

采用一次码烧工艺对成型坯体的强度要求较高，因此应该选用高挤出压力的半硬塑成型机，才能确保坯体具有较高强度，从而保证干燥质量。半硬塑成型机产量较低，挤出压力较大(一般挤出压力在40kg/㎝2)，坯体成型水分在13％-15％左右．泥缸直径500㎜以上。这里所说的半硬塑成型机并不是目前多数机械厂家生产的50-50-35型双级真空挤出机是一高产量挤出机，单机可满足年产6000万块—7000万块烧结砖生产线，这种砖机具有良好的综合性能，具有较大压力和高产量，坯体成型水分14％~17％左右，适合人工干燥轮窑焙烧或隧道窑两次码烧工艺。如果一定要在一次码烧工艺中选用这种砖机，就必须告知机械厂家要进行定做，制造时要降低砖机主轴转速，提高挤出压力，才能满足一次码烧工艺。
对于现有一次码烧工艺，使用50—50—35以下双级真空挤出机且有塌坯现象的砖厂，可以将下级4级电动机更换成6级电动机后加大电动机皮带轮15 %—20％，或者不换电动机，只把原配电动机皮带轮减小10％—15％的办法来降低挤出速度，提高挤出压力，可有效提高成型坯体强度和外观质量，确保干燥时不塌坯倒窑。

4、干燥窑结构

干燥窑的结构是根据原料性能和砖机压力确定的，决定干燥窑长度的主要因素是原料的干燥敏感性、收缩率、临界水分、成型水分等。无论采用顶送风或顶、侧结合送风、其送风位置对坯体干燥效果影响很大，热风送到什么位置要依据原料的临界水分和干燥燥敏感性而定。对于临界水分低、干燥敏感性高的原料，送风位置切不可靠前，一般最前端第一个送风点应距进车端15m以上，否则就会出现干燥裂纹。成型水分较高，收缩率较大的原料其干燥窑总长度应在70m以上，否则就可能造成升温过快水汽过大而塌坯。

5、码窑车

码窑车既要保证燃料在窑断面的均匀分配，也要保证气流在窑断面均匀分配。日前，几乎所有砖厂都是采用内燃烧砖，其码窑车的原则应是中稀边密、底稀上密的码法，这样既满足窑中部热量集中，砖坯稀，热量少，又满足了中间间隙大，使潮气容易流出。但是让很多生产厂家难以理解的是实心砖在干燥过程中反而比空心砖容易塌坯，这是由于相同体积的情况下，实心砖所用原料多，重量大，总水量多，坯体受热后产生的潮气量大，如果排潮不足就会导致塌坯，所以码实心砖的密度应更稀一些，实心砖总密度控制在（标准砖）240块/m3—260块/ m3，90多孔砖控制在160块m3—170块/m3。

6、送风和排潮

大多数塌坯是由于送风温度、送风量、送风位置不当、排潮不畅导致的。对于结构设计合理，风机选用合理的干燥窑，如果送风不合理、排潮不畅同样会出现塌坯。下面着重谈谈送风排潮问题：
6.1、送风温度
砖坯进入干燥窑后要经过缓慢的预热、干燥、冷却过程。砖坯预热过程中主要是坯体由外到内的升温过程，这过程坯体只升温少脱水或不脱水，所以预热带是低温高湿带。坯体表面在热空气对流作用下先受热，受热坯体表面的水分就变成蒸汽向外扩散，这时如果坯体周围中气湿度小，坯体表面水分就会迅速蒸发，水分蒸发，体积就减小，表面就会收缩，而这时坯体内部温度还较低，内部水分不会蒸发，体积也就不变化，内外收缩不一致就会造成坯体表面开裂。只有等到坯体内部温度升高到开始蒸发水分时才进入到脱水阶段，脱水阶段也叫干燥段。坯体进入到干燥窑内，在预热段到干燥段这一升温阶段，坯体的温升应控制在6℃/h—8℃/h。如果升温过快，只会加快坯体表面温升速度，导致坯体表面脱水速度加快，内外脱水速度不一致而出现坯体表面开裂，同时升温过快会使坯体周围湿气过大．就会造成坯体变软导致塌坯。
送风温度直接影响到预热带的坯体升温速度和干燥段脱水速度，所以，对不同的原料和坯体含水率，送风温度应不同，一般情况下送风温度不超过16℃。这样，可以确保坯体在预热过程中合理升温。送风温度过高会导致坯体蒸发水分过快，会使干燥窑内水汽量过大，超过了排潮风机的排风量，造成塌坯。如果送风温度过高可适当提高余热闸和打开检查口掺入冷气。对于成型水分较低的空心制品和低敏感性、高临界水分、低收缩率的原料，适当提高送风温度不会影响坯体干燥质量。
塌坯现象常出现在冬春季节，夏季出现塌坯较少，这是因为夏季环境温度较高，原料土和水的温度也较冬春季高很多，成型的坯体由于挤出压力和挤出时的摩擦作用，坯体温度还会超过环境温度，具有较高温度的坯体从成型后到进入干燥窑内预热是一个连续升温和内外水分连续蒸发过程．也就相当于加长了预热过程。在干燥窑内相同的预热时间里每小时的温升也就相应缓慢了，塌坯现象也就避免了。冬季成型坯体温度较低，进入干燥窑的坯体在同样的预热时间内温升速度就加快了。另外，相同含水率时，冬天的成型坯体比夏天坯体硬，也就是说，相同硬度情况下冬天的成型坯体比夏天的坯体含水中高，也就是说同样硬度的坯体，冬天的坯体实际含水率较高，当其进入干燥窑受热后就会变软，强度下降，导致塌坯，北方砖厂应该有体会，同样成型水分下，夏天能顺利成型，而冬天砖机就会因泥条太硬挤不出泥条。由于砖机的挤出能力最终反映在坯体硬度上，而不完全是含水率。因此，在有条件的情况下，冬春季节可在挤出机的上级搅拌里加蒸汽提高成型坯体温度，降低成型水分，减少干燥窑内坯休的总水量。具有一定温度的坯体进入预热带会有一个合理的温升过程，这是避免塌坯倒窑和坯体产生干燥裂纹的有效措施。
6.2、送风量
干燥窑的热量来自焙烧窑的余热和烟热，砖坯的干燥过程不但需要热量，而且需要具有一定压力的风量。几乎所有送往干燥窑风量及风压都由焙烧工看火提风闸或调整风机电机速度来获得，这是不合理的操作方法。因为烧窑工提闸是为了满足焙烧所需的氧气量，确保燃料燃烧，达到理想的火行速度。而干燥窑所需的风量不只是需要热量和热气量，而同时需要一定限力及速度的热气量。焙烧工根据焙烧所需氧气量，可通过降低或提高风机转速来满足焙烧窑正常焙烧。降低风机转速虽然和降低风闸同样可降低风量，但是，降低转速会使风机压力加倍减小．没有足够压力的风不能到达窑车中下部。没有一定流速的风也不能带走窑车中下部坯体的潮气。如果送入干燥窑的风量远远小于排潮风机的排潮量，就会使干燥窑内负压区过长，由于排潮风机抽力小形成的较长负压会使气流沿干燥窑顶部及边部阻力小的区域加速流动，而中下部的气流速度会减慢。设计选定风机型号是根据干燥窑所需风量大小及压力而确定的，而不是根据焙烧所需氧气量确定的。由于送入热风温度高于排出潮气的温度，所以送入的风量要大于排出的风量。对于不配备干燥窑的焙烧窑所需风压力只需100多pa就可以了，采用自然干燥时，隧道窑配烟囱，60m高的烟囱在烟气温度与外界温差为10℃时其抽力不过151 pa，1.5 m上口直径的烟囱排风量不到30000m3，而干煤窑配用的风机压力达到1200 pa以上，风量也在50000 m3以上，这就肯定地说，焙烧所需的风量小于干部燥砖坯所需的风量，焙烧所需的风机压力远远小于干燥窑所需的风机压力，这就表明，风机不完全是为烧窑而设置的，而是为干燥窑配备的。当然，在设计选定风机时，为了克服烟道长度阻力及风闸的阻力，都有一定的安全系数，也就是说风机会有—定的余量，这要在调试期间将风机的转速（频率)确定下来，确定后不可随意乱动，烧窑工只可通过调整风闸高低控制进气量来调整窑内火度，不可随意改变风机转速，因为风量降低与转速成正比关系，但是风压的降低与转速是平方关系。当风压降低后，进入干燥窑的热气就无法吹进窑车底部和中心部位，使窑车底部和中心部位空气对流速度减慢，那么这些部位坯体受热效果就不好，产生的潮气也就不能被迅速带走，就会造成塌坯现象
对于烧窑工而言，风机就相当于烟囱，窑炉相当于锅炉，要调整火度大小，只需调整风门大小（风闸高低），而不可能随意改变烟囱高度。为了省事随意调整风机转速来改变风量，虽然可以满足正常焙烧，可当降低风机转速时就减小了抽力，大大降低了风机压力，使送往干燥窑内的风压成平方倍数降抵，导致干燥窑内正压区缩短，无法将潮气挤压出去，这往往是造成塌坯的主要原因。
正规设计的焙烧窑都在冷却带设行抽余热系统(有的厂家在使用过程中觉得不好用，将余热系统堵死)，送入干燥窑的主要是余热，而烟气是排空不用的，从环境保护角度讲这是合理的，但能耗会增加。目前，大多数中小断面隧道窑都是将烟热和余热全部送往干燥窑，使干燥窑的热量充足，干燥效果好，同时降低制品能耗。
6.3、如何正确使用风闸  
焙烧带前部风闸可满足焙烧的氧气量(空气量)，适当的氧气可确保正常的火行速度。冷却带的风闸是抽取已烧好的砖垛内的余热，这既补充送往干燥窑内的热量和总风量，又加快了砖坯的冷却速度。当焙烧窑进入正常循环工作时，为了满足干燥坯体所需的热量及风量，余热闸必须提起。当提起余热闸后，由于窑尾的抽力会使焙烧带前部抽力降低，使火行速度变慢，这时就要加大前部风闸高度，使火行速度正常，也就是说随着余热闸的提高就要相应提高烟热闸，使其达达平衡，余热闸的抽风量只能占烟热闸的30％—40％。如果两闸提的相等，火就不会往前走。
6.4、如何调整风机变频嚣
变频器是通过改变交流频率来改变风机转速，转速与风机风量的大小成正比，与风机压力成平方比。设计选定风机风量及压力时有一定的富裕量，如果窑炉施工质量良好，漏气轻微，风机的富裕量就显得偏多，可通过变频器来降低富裕量，由于风量是可以通过调整进风闸来实现的，而压力的大小主要是看干燥窑的零压点的位置，如果干燥窑内正压区太长，也就是零压点前移至干燥窑的前部10m内时，说明风机压力太大，可通过降低转速来调整，一般情况下，干燥窑的零压点在距进车端15m—20m处，具体位置应视原料干燥敏感性和临界水分而确定。调整风机转速应和负责干燥的人员协商，保证干燥窑零压点在正常范围内。如果来自焙烧窑的风量不能满足干燥窑时，可以适当打开检查口，进一些冷气来加大干燥所需风量。
6.5、排潮    
大多数干燥窑排潮是由排潮风机来完成。排潮风机的排风量是根据坯体产生的潮气量来确定的，假设干燥窑的产量为每天10万块(折合标准砖)，折合4000块/h，以每块砖干重2.7kg，含水率15％计算，砖坯在干燥窑内蒸发10％水分(另外5％为坯体残余水分)，4000块砖坯在干燥窑内蒸发水量等于2.4×10％×4000=1080kg，以每公斤水产生30m3蒸气计算，干燥窑内每小时产生蒸气为1080×30=3240 m3，考虑到漏气及开门时间的因素，排潮风机的排风量应在35000 m3/h以上。如果排潮风机排风量不足或抽力不够，干燥窑内湿气过大也会导致塌坯倒窑。
6.6、漏气造成塌坯     
导致塌坯的另一个主要原因是干燥窑密封不好，特别是进车端升降门周围漏气严重，这将导致外界冷空气进入干燥窑，造成排潮风机排出潮气量下降，使高温潮气滞留在坯体表面，导致坯体变软而造成塌坯。正规的干燥窑进车端应设两道门，而现在大多数，干燥窑只设了一道门，可就是这一道门，很多厂家也，不重视门的密封效果，门的四周与端墙之间和底部轨道之间的间隙很大，甚至门已经损坏也不修复，这样，必然降低排潮风机的抽力。干燥窑的排潮风机就安装，在进车端上部，它的作用是将干燥段产生的高温潮气抽到预热段加热坯体，确保预热段坯体处在高湿环境下只升温而不蒸发水分。进车端升降门四周微小的漏气都会降低排潮风机从干燥段抽取高温潮气的能力。从升降门四周进入的是大气中的冷空气，干燥窑内的热空气与外界的冷空气相遇就会凝结成水分停留在砖坯表面，使砖坯二次吸水变软导致塌坯。因此，要确保干燥窑升降门处、外墙及顶部各处不得漏气，确保预热段不能有冷空气进入，每次进车越快越好，减少升降门的开启时间。减少冷空气进入才能确保坯体干燥效果，防止塌坯倒窑。
总之，导致干燥窑塌坯的因素很多，有结构设计方面的，也有操作方面的，具体问题应根据实际情况找出问题所在，对症处理，使问题得到彻底解决。