气流与坯垛的关系

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气流与坯垛的关系
砖瓦行业的人士大都听说过“七分码，三分烧”。但知道这句话并不代表真正理解这句话。能将这句话所包含的含义变成具体的行动去认真落实到码坯工作中者就更属凤毛麟角了。所以在现实的具体码坯工作中，细究这“七分码”，究竟应该如何码？恐怕真正能说清楚的就不会特别多，更别谈能够落实到具体的操作中。现实生产操作中如果说不清楚“七分码”这句话的含义，仅仅是些无关紧要的不关乎坯垛设计与操作的人的话也无关大局。但是往往说不清楚“七分码”含义的却是窑炉设计单位和制定码坯方案的人，以及码坯机厂家负责制定码坯方案的人和一部分有权制定码坯方案的烧窑师傅，这样的话问题就相当严重了。
按理说，窑炉设计单位负责码坯方案制定的技术人员是应该懂得“七分码”所指的内容及其重要性的。可遗憾的是真正具有设计资质的窑炉公司太少，而山寨版的皮包窑炉公司太多 ——哪个地方只要出现一个经设计院设计的正规施工建造的生产线，其附近县市甚至临省马上就会被无师自通的“土”窑炉公司的土专家复制克隆出十几甚至几十条外观类似而内部早已变质变味儿的窑炉。这种“变质变味儿”有的是在复制传抄中误解误抄，有的是土专家根据自己的理解添加进去很多自己的想象和“发明创造”，有的则是施工环节不严谨又缺失监管造成的施工错误。
正规的码坯机制造厂家其实都有专门负责设计码坯方案的部门及技术团队，但是和正规的窑炉公司及设计院同样悲哀的是：克隆模仿者比他们还要多十几倍甚至几十倍。这些低劣的复制克隆者利用国内对技术知识产权不是特别重视，砖瓦行业入门门槛低等因素，丧失商业道德，利用正规公司跳槽人员手里的技术，或者直接就是这些正规设计院所和窑炉公司里面的“内鬼”偷走图纸，然后找个投资人，自己技术入股另起炉灶。于是码坯机厂家犹如雨后春笋般遍地都是。搞的粗制滥造的码坯机机器人遍地开花，于是高端设备低端做；精密设备粗糙做。这些低端模仿复制者哪里懂得什么码坯形式，他们只要能把坯垛码起来，码方正就已经是庆幸了。
再就是有很多烧窑师傅对什么是“七分码三分烧”的概念也是模糊的。这十几年城市建设突飞猛进的大发展带动房地产风生水起。对砖瓦墙材的需求迅速上涨，这就催生出很多上述的劣质窑炉和码坯机厂家。有窑炉，就得要有烧窑的人员。国内根本就没有一所这方面的专业学校，所以，这成千上万的烧窑师傅要么以前跟着有点儿经验的烧轮窑的师傅看过几天火，帮助师傅往火眼里添过几天煤，要么也是无师自通。上进心比较强的，会弄本书比照着研究一番。遇到没有任何进取心的，仅仅把烧窑当作临时糊口工作的人，就只能懵着烧。懵对了就烧出几车好砖，懵错了，就会烧出一批废品砖。
这种师傅，砖烧好不知道为什么烧的好，砖烧报废更说不出是什么原因导致的报废。这一大批技术上连半瓶子醋都算不上的人，在需求旺盛的卖方市场下，摇身一变就都成了隧道窑的烧火“窑师”了。指望这样出身的“窑师”去执行“七分码三分烧”的理念无异于痴人说梦。以上种种因素再加上新入行的砖厂老板又多数根本连“七分码三分烧”这句话都没有听说过，就更不要指望他们对码坯提出严格要求与监督了。于是乎，这“七分码”就在以讹传讹中越传越离谱，到后来就形成了现在百花齐放的混乱局面：似乎谁也不知道真正对的码坯方式是什么？什么是对的码坯方式？

既然谈码坯，那么首先就要明白把坯码好的目的是什么。码好坯就是为了多快好省地烧出优质合格的产品。就是要想尽一切办法让码出来的坯垛在耗费最小能量的前提下烧好而且烧的快！要实现烧的好烧的快耗能低的目标，就要靠风来实现。归根结底，如何通过码出来的坯垛使风得到更合理地分配从而完成最优质的干燥和焙烧，这就是码坯要研究解决的问题。所以，要码好坯，就要首先弄明白风在窑里面从始至终是什么样的流动状态；什么样的坯垛能使风在干燥室全断面温度、湿度、压力趋于一致并尽最大可能不致温度上下分层；什么样的坯垛能使风在焙烧窑的全断面得到合理的分配从而达到全断面温度趋于均衡燃烧，尽量做到齐头并进。
1.窑内气体流动的重要性。
目前国内的烧砖隧道窑绝大多数都是采取的内燃烧成工艺，而且大都是采用的一次码烧（干燥、焙烧）工艺。码上窑车的坯垛已经携带了干燥和焙烧需要的绝大部分或者全部所需热量。按既定的码坯形式在窑车码成的坯垛，在窑内依靠坯体内预先掺加进去的内燃料燃烧而产生热量来完成焙烧过程。坯体内的燃料要燃烧就需要氧气。氧气是由风机经焙烧窑尾抽进焙烧窑内并一路流经冷却和保温两带被加热以后的气体。砖坯燃烧后产生的高温气体又在抽烟风机的作用下一路流向焙烧窑的预热带，将刚刚纳入焙烧窑窑车上的坯体循序渐进地加热。这部分高热气体负有将干燥室没能完成的任务继续完成的责任：其一是将干燥室未能排尽的残余水分非常温柔地彻底排除（这个时候的水分排出，危险性和恶劣性比干燥室还要大。干燥室坯体的淋塌潮塌，出干燥室后还能清理再做坯；而焙烧窑高温预热带出现问题导致的后果就是千辛万苦过关斩将做出来的，已经带有绝大部分成本的坯体将彻底变成没有任何价值的垃圾）；其二是要将坯体原料中矿物的化学结合水排除干净；其三是帮助坯体完成高温焙烧前的逐步加热升温，使坯体稳步进入安全焙烧的高温区域。完成烧成后还需要冷却，由被抽进焙烧窑的冷风进行冷却以利于出窑卸车；冷却成品后的冷风就变成了没有任何水分和污染物的高质量热风，这股热风再被风机送进干燥室用来干燥湿坯体。由此可见，从砖坯离开挤出机后的干燥、焙烧环节都离不开风的参与了。
为了加快火行速度，使坯体的内燃快速氧化燃烧，加快坯体的预热速度和烧成制品的冷却速度，以上每一个环节都需要大的风量。而风量加大并不是解决一切问题的根本所在，要使进入窑的风充分发挥作用，其一就是要确保送进窑内的气体能够非常顺畅地在坯体间流动穿行；其二就是要确保风在坯垛的各个部位合理分配，只有这样，才能最大限度地让整个断面的火头保持齐头并进。
2. 影响风在窑内顺畅流动的阻力有哪些？
（1）摩擦阻力:风是由风机抽取窑外自然界里的空气，通过预设的风道被送进窑内。那么输送风的风道不管是什么形状的或什么材质的，都存在或大或小的阻力，气体与风道壁、窑墙、窑顶、窑车以及坯体之间产生的所有摩擦都叫“摩擦阻力”。在发生摩擦阻力时气流的流速和流向不改变。
（2）局部阻力:气流在沿一个方向流动途中，突然遭遇速度的突变导致气流方向、气流截面积大小或形状改变的障碍就叫局部阻力。这些障碍物有可能是窑墙上的凸起物，窑车台面上散落的垃圾杂物，突然由粗变细的风道截面积，防止坯垛不稳的压茬拉缝坯，或者是坯垛上的码坯横带等。凡此种种的障碍物都足以导致正在顺畅地向前流动的气流骤然改变方向。如下图1：


图1 横带坯体
横带坯体本来阻力就大，而码坯的不规范导致坯体顶头又伸出顺坯两公分多。这伸出来的两公分不但缩窄了本就非常狭窄的坯垛间缝，而且又对进入风道的风流起到了阻挡作用。风在这个伸出来的顶头障碍的阻挡下，既不能很顺畅地做穿流行进进入坯缝，又不能很顺畅地进入垛缝。只有改变方向做上下左右流向。使本来有用的风变成了溜边走的无用风。再如下图2：


图2 干燥室送热风口
这是干燥室送热风支风道的一个进风口的图片。风口里面的砌墙水泥垃圾根本就没有进行清理，干燥室就投入使用了。那么从总风道被高压挤进来的风由于截面积的突然变小，风压会变的更大，风的流速会更急速，在被这些垃圾骤然挡着去路后，必然的结果就是改变方向和流速，使本来能够进入坯垛缝隙的风被迫改变方向，从而导致热风不能顺畅进入坯垛内部，砖坯的干燥效果就会大打折扣甚至会因此而导致干燥塌坯。
3. 风在加热中的上升力
孔明灯大家都见过。孔明灯在没有任何动力的情况下之所以会上升很高，就是利用气体加热后上浮的原理。空气经加热升温后密度变小，密度小自然就质量轻，所以，被冷空气包围的质轻密度小的热空气的浮力就大于周围的冷空气，从而带动孔明灯上升。这也是烟囱越高抽力越大的原理。烟囱越高，烟囱内部上下的空气冷热温差越大，烟囱的抽力就会越大。那么具体到窑内的气流在流动中的状态做以下分析供大家探讨：
气体从窑尾进入焙烧窑，不是自然流动地进入，而是在风机抽力的作用下被迫进入窑内的。气流由冷却带进入后，流经冷却带——保温带——焙烧带——预热带。气体到达高温焙烧带时，已经被逐步加热到最高温，加热后的高温气体在风机的抽力作用下又被送往焙烧窑的预热带。风从窑尾进入窑内后，除受到焙烧窑前部风机的水平抽力外，逐步加热温度升高后的气体还会产生一个向上的升力。并且风的温度越高升力就越大。人工干燥室的送热风和排潮的模式一般都是在干燥室后部两侧送热风进去，风逆流流向干燥室前部，被设置在干燥室顶部的排潮风机将低温高湿的潮气抽出干燥室。由于高温热风具有上升力的特点，送进干燥室的热风被排潮风机抽着一路流向干燥室前部，在流动途中，热风被经过的坯体吸收热量后温度逐步下降。流动的热风在温度下降的同时带走了坯体中散发出来的水分。气流在流动途中，密度低，质量轻，温度高的那部分风永远走的是上部，携带大量水分的低温风随着流动路线的加长，温度会越来越低，携带的水分会越来越多，低温高水分的气流由于温度下降密度越来越高，质量越来越大。当这部分高湿低温气流在向前流走途中一旦达到露点温度后，其携带的大量水分就会凝聚成水滴被流经途中的坯体吸收。——这就是潮塌的坯垛上部坯体基本完好而下部坯体碎裂解体的原因。
如下图3：

图3 底部坯垛潮塌
4. 窑炉设计失误导致的码坯缺陷
窑炉设计之初，首先要弄清楚当地建材市场需求什么品种的产品。而且很可能当地市场不仅仅需要一种砖型。这就要在干燥室和焙烧窑以及窑车的高度宽度与长度的设计上给以充分的兼顾，尽量照顾到所有的砖型在窑内的合理码坯高度。


图5 顶隙过大的干燥室
上图这种码坯方式，顶层坯的上沿距离干燥室顶高达460mm。顶部空间上下高度上再码三层坯也未尝不可。可悲哀的是在于焙烧窑的高度是低于干燥室的。坯垛在干燥室内距离室顶是460mm，到焙烧窑后，上部距离窑顶仅仅100mm。干燥出来的砖坯上部2%含水率，而中部下部的干燥后含水率比成型含水率仅仅少了3%！这说明经过二十个小时的干燥，仅仅能干燥掉3%的水分。可见顶隙大的危害有多大！走访这位“土”设计师后才得知他把顶隙设计这么高的意思是让潮湿气体能够很顺畅地进入顶部排潮烟囱。他臆想顶部空间越大，潮气排出的就会越利索。而实际情况是在干燥室无法干燥透彻的砖坯进入焙烧窑后烧的慢了没问题，只要烧的快，不是塌坯就是制品酥碎。如下图6：


图6 潮坯入窑的酥裂
通过以上对风在窑内流动状态的分析可知：其一，热风有上升力。温度最高的风都在紧挨窑顶的上部行走，高温风的下面是渐次低温的风；其二，人工干燥室的送风布局都是采取的逆流式，也就是说高温风是从干燥室尾部送入，在排潮风机的作用下流向干燥室前部。这就会使最高温度的热风被送进干燥室后迅速上升到干燥室顶部，没有或者很少量地经过坯垛底部后，就被排潮风机从上部直接抽进排潮烟囱排出干燥室。过高的码坯顶隙，会导致最优质的热风根本起不到干燥坯体的作用就被迅速排走。这种码法的坯车进入焙烧窑后，会导致顶边部出现欠火中部过火。因为大部分风都顺着阻力最小的顶隙垛隙边隙这三隙流走了，根本无法进入坯垛内部，这样的后果就是坯垛内部的热量无法通过风携带走从而导致中部温度过于集中；而边部顶部的风流动量又太大，由此出现四周制品欠火而坯垛中部制品过火粘连酥焦的奇特现象发生。
再就是下图7这种码坯现象：

图7 坯垛顶部顺坯码法
这种坯垛顶部的顺坯码法无疑是在变相加大顶隙面积。顶隙（包括边隙垛隙）所占空间面积越大，说明穿流风所占的的缝隙总面积就越小。不做功的风就越多。干燥和焙烧就越难进行。干燥和烧成的制品质量也越差，产量也会越低。
以上这两种有缺陷的码坯方式都是窑炉设计的失误导致的码坯缺陷。说明这类土专家根本不懂码坯模数。设计窑炉之初，必须了解当地建筑市场对砖型的需求与要求。任何一地的市场都不可能只需求单一的品种。所以，在设计窑炉和窑车之始就要兼顾生产的不同产品在干燥室和焙烧窑内对流经坯垛的风的不同要求。虽然不可能让所有制品都达到最佳组合，但是也要尽最大可能兼顾到所有砖型的用风需求。
5. 码坯机厂家的失误导致的码坯缺陷。
如前所述，正规的码坯机制造厂家都有比较规范的负责码坯方式制定与设计的专业技术部门，甚至有的还会聘请码坯方面的业内专家专门进行码坯方式的设计指导，设计的码坯方案一般不会有大的问题。出现问题最多的就是那些低端模仿者。加上砖厂老板大部分根本不懂什么叫合理码坯，总是很低级地认为只要把坯体码上窑车，就能烧出来产品。由于不懂行，对于这些码坯机厂家提供的码坯方案根本提不出来任何问题。于是，市场上就出现了各种各样无法想象的码坯方案。
干燥室实例：对应的送风口：干燥室是采取的侧送热风顶排潮形式。干燥室侧墙送风口等距离间隔1100mm一对。每个送风口的尺寸为高x宽=200x120mm。而实际码上窑车的坯垛，其对应进风口的垛缝隙为：窑车两头为进风风道。风道宽为30mm；1100mm的窑车中部进风风道宽度为60mm；而根本没有进风口的另外两个坯垛缝隙竟然为98mm宽！这样的风道根本无法保证干燥热风进入坯垛内部。风进不了坯垛中间，干燥砖坯也就无从谈起。其结果是窑车上的砖坯除了顶部边部能干燥出来一层差强人意的坯体外，坯垛内部的砖坯根本就是湿的。这是干燥室和焙烧窑等长的一条干燥室的生产线。窑长68m。内部根本就是湿坯的窑车被纳入焙烧窑后，由于焙烧窑比较短，所以坯车很快被推入高温段。带有大量水分的砖坯遇高温后要么塌车，要么将砖坯烧残报废。烧出来的制品如下图8：


图8 干燥室送风方式不合理的恶果
这样的码坯方式设计的坯垛与窑墙的缝隙几乎达到了中部坯垛缝隙的两倍。而导致的结果就是：坯垛中部无法干燥透彻，烧出来的砖顶部边部的制品是红色而中部制品泛白严重；焙烧环节更是边部欠火中部过火粘连。隧道窑的码坯，窑墙与坯垛的距离原则上越近越好，最好没有缝隙。但是由于隧道窑内的窑车在生产状态下是处于间隔的运动状态，为了避免窑车以及车上制品与窑墙的刮擦，就必须让窑车以及窑车上的坯垛与窑墙保持一个安全的距离。又由于隧道窑的哈风都是设置在两边的窑墙底部靠近窑车台面部位，所以风机的抽力对边部是最大的。风机对窑内的抽力哪里畅通无阻，阻力小又距离哈风近，就会对哪里的抽力大。窑车上的坯垛，阻力最大的应该是中部，而且由于距离哈风远，阻力大的缘故，中部热量得不到风对温度的调节，无法达到断面温度平衡，再加上边部走风量大于中部，就会加剧中部过火粘连而边部因走风量过大导致欠火。这也就是理论上强调码坯要边密中稀，上密下稀的道理所在。个人认为：除了边部由于窑车行走必须有个安全距离，其他横向垛可以考虑只留伸缩缝而不留垛与垛之间的风道，将节余出来的垛与垛之间的地方均匀分配进坯与坯之间，这样，既能减少环流风，又增加了坯与坯之间的穿流风。如下图9:


图9 斜条码坯方式（移动式隧道窑）
这样的码坯形式虽然没有了顺坯，但是也没有了横坯，其总的通风面积，尤其是穿流风增大了许多；而且还避免了横坯只能干燥迎风面导致制品两边干燥收缩不均衡引起的制品翘曲现象。实践证明这样码的效果不管是干燥环节还是焙烧环节，效果均好于一横一顺的码坯方式。
6. 砖厂老板不懂行造成的损失。这个问题乍一看似乎与码坯方式或者风的流动没有多大关系，其实不然。老板的不懂行只要尊重技术尊重科学，也没有关系。而偏偏有的老板不懂还要瞎指挥干涉生产。这种瞎指挥干涉生产不但给自己的企业造成很大损失，而且还会搞得生产工人鸡犬不宁，人心涣散。如下图10所示：


图10 错误的截至门安装方式
先解释一下图片对应的情况：这是一张焙烧窑二道门——就是截止门的照片。大家可以看到窑墙边的下部砖砌的砂封槽被人为地挖断了。为什么挖断呢？砖厂老板说截止门落不到窑底地面上！按设计，截止门必须落到窑车后部框砖面上，这样能够防止窑底和窑外冷风顺着顶车机空当被抽烟风机抽进焙烧窑的预热带。可是老板认为窑门不落地是错误的。于是下令挖开砂封槽，每次进车后将窑门落到底。只挖断砂封槽还做不到窑门落地，还必须将窑车在原来的停车位置上再向窑内多顶进120mm才能实现。这多顶的120mm，直接导致坯垛的进风缝隙与所有的哈风口错位，致使火行速度减慢，生产中窑车上坯垛中部高温无法抽出；遇到阴冷天气，干燥室坯体干燥不好，进入干燥室后还会塌坯；即便勉强烧出来了砖，也是四周欠火中部焦黄粘连。可悲的是这个老板用过的几波烧窑师傅要么是速成班出身的烧窑工，要么就是对隧道窑一知半解的烧窑工。这些烧窑工根本不懂得截止门的用途。砖厂老板又比较自以为是，砖烧不好就认为是烧窑师傅水平不行，于是三年换了十几波烧窑师傅。到底没把砖烧好。究其原因，就是多顶了这120mm。将砂封槽修复，窑车退回到原来的位置，窑门落到窑车面上以后，火行速度也上来了，砖也烧好了。——这就是不懂行瞎指挥造成的后果。
总之，码坯的原则是：尽力使干燥室与焙烧窑横断面上下左右阻力均衡，码出来的坯垛全断面通风均衡一致。因为我们知道哪里的风大，哪里的干燥效果就好（当然，干燥好砖坯不单单就一个风量，还需要风温和湿度），哪里的火行速度就快。干燥好了，焙烧基础有了，产量质量自然就有了。要想达到全断面气流均匀穿流，就要充分吃透窑炉、窑车的设计，做到让码出来的坯垛与窑炉、窑车完全匹配，这就要求操作者必须在码垛上下功夫。要根据窑和风路的具体情况有针对性地实施码坯方案的设计。万不可只要方正地码上窑车就万事大吉。这样会给后续的干燥、焙烧带来很大的麻烦，并且对制品的质量与产量都会有致命的影响。
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