法国煤矸石烧结砖生产技术

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法国煤矸石烧结砖生产技术
论文分享法国煤矸石烧结砖生产技术
1煤矸石烧结砖的发展简史
欧洲唯一的一家以100%煤矸石为原料生产优质清水墙、饰面砖和各种空心砖的HULLUCH的全煤矸石烧结砖厂于70多年前在法国北部的LILLE市建成投产，年产12万t。其全套设备都是由CERIC集团提供。迄今为止，CERIC公司仍是世界上唯一能提供用100%煤矸石为原料，完全利用内燃烧结高质量清水墙砖和饰面砖烧结技术的公司。 煤矸石烧结砖在20世纪50~60年代的欧洲，取得了很大成就，因为那时煤的使用及煤矿开采仍非常兴盛。用煤矸石制砖不仅可以综合利用资源，保护环境，而且可以获得较好的经济效益。但随着能源结构、市场需求的变化，燃料价格对生产成本和毛利的影响，见表1，使煤矸石烧结砖在欧洲的发展几经兴衰。



从表1中可以看到1960年到1970年燃料比较便宜，在生产成本中只占16%~20%。利用黏土生产可以赢得4%~5%，毛利达19%~24%。但到1979年石油危机时，燃料价格上升，在生产成本中的比重上升至35%，影响着盈利水平。加上煤矿恢复生产，此时利用煤矸石烧砖再度受到人们重视。法国重开煤矸石烧结砖研究，在欧洲1985年新建的煤矸石砖厂，燃料在成本中仅占1%，利润可达15%，毛利润35%，以至法国不仅对已运行20多年的HULLUCH砖厂进行了技术改造，而且还在扩建新厂。很多产煤国家，如苏联、美国、英国等都委托CERIC公司进行以煤矸石为原料生产烧结砖的研究，还向南非、英国、美国、澳大利亚等国的煤矸石砖厂、粉煤灰砖厂和其他采用工业固体废弃物生产烧结砖的工厂提供了全套技术和装备。 2 HULLUCH 煤矸石烧结砖厂生产技术
2.1 煤矸石粉碎加工
2.1.1 煤矸石筛分
HULLUCH 煤矸石烧结砖厂建在法国产煤区有800万t煤矸石的山坡下。煤矸石用铲斗车运至带格栅的筛分车处经皮带输送机送至振动筛上。粒径小于100mm的煤矸石块通过筛子的格栅后用于煤矸石砖生产，大于100mm的煤矸石块用于筑路，见图1。

2.1.2 煤矸石粉碎
2.1.2.1 煤矸石粉碎方式及系统的选择
煤矸石破碎方式及系统取决于煤矸石的物理及化学特性，煤矸石的化学成分见表2。

煤矸石原料制备以及粉碎方法的确定不仅取决于它的物理、化学特性，还要考虑是否能满足所要求的颗粒尺寸大小、合适的颗粒级配。生产优质煤矸石砖要求处理后的煤矸石应具有如下颗粒级配的颗粒组成：0.08mm~0.1mm，35%；0.1mm~0.3mm，35%；0.3mm~0.5mm，10%；0.5mm~1.0mm，10%；1.0mm~2.0mm，10%。 为了具有好的塑性,其颗粒级配如下：0~0.1mm，30%；0.1mm~0.3mm，30%；0.3mm~0.6mm，30%。其中，小于0.1mm的颗粒是使煤矸石物料具有属性的重要因素。这部分颗粒含量不足将使成型空心砖出现困难。其他粒径的颗粒比例可使物料具有良好的级配，其经混合均匀后，在挤出成型过程中能最大限度地排出空气而使砖坯具有很高的密实度，这是高强度砖所必需的。 2.1.2.2 不同粉碎方式和设备的比较研究
煤矸石性能不同、生产的产品不同都对煤矸石加工要求不同，因而要求有不同的原料制备技术和设备。CERIC公司曾对锤式破碎机、圆锥式破碎机以及棒磨机用于煤矸石粉碎进行过研究、比较，并在部分煤矸石烧结砖厂采用过。比较情况如下：
锤式破碎机
粉碎1t煤矸石，电耗15kW，消耗钢材80g。优点：安装简单；粉碎成本不高。不足：不能使用含水分高的煤矸石；调整颗粒级配比较困难；需经常维修，不够安全。 圆锥式破碎机
粉碎1t煤矸石，电耗7.5kW，消耗钢材100g。优点：配有自除堵塞装置；噪音小。不足：不宜用于高塑性原料加工，仅适用于某些原料；筛子易堵塞；安装、保养较困难；颗粒级配不规则；粉尘多。 棒磨机
粉碎1t煤矸石，电耗10.0kW，消耗钢材200g。优点：可粉碎块度较大的和水分较高的煤矸石；安装简单，易于保养、维修；较安全；加工成品的颗粒级配比较理想。不足：粉碎成本相对较高。 2.1.2.3 煤矸石的棒磨粉碎
法国巴黎北部的HULLUCH煤矸石烧结砖厂选用了两台Φ2000mm×4000mm棒磨机，其装填有40%的Φ80mm×3500mm的钢棒，见图2。

含水7%~8%、块度达100mm的煤矸石由皮带运输机从磨头喂入，经棒磨从磨尾的周边出料。每台棒磨机的产量为18t/h。出磨的粉料由振动筛筛分，见图3。粉料中70%的颗粒粒径小于0.5mm，大于0.5mm的物料占30%。大于0.5mm的物料返到磨头回磨。合格的粉料由皮带输送机送到生产车间的陈化库陈化。

经比较分析，棒磨能使煤矸石磨细后具有良好的级配，能保证原料质量，有利于挤压成型，在经济方面也可取得良好效果。 2.2 煤矸石粉料陈化
煤矸石粉料的陈化在陈化库进行，陈化库的总容量为7000m3。陈化的目的是使吸附于颗粒表面的水分渗透到颗粒内部，使其润湿、膨化、熟化，激发和释放其潜在塑性。同时，使原料更加均匀，防止煤矸石中发热值不稳定造成的损害。 HULLUCH煤矸石砖厂陈化库见图4、图5。

陈化库配有：一台带升降臂的堆料机50t/h；一台取料机；一条运料皮带输送机。 在选择堆取料方式时，应尽可能采用多层水平布料、垂直切取料以保证物料充分均匀，防止煤矸石粉料中的热值不稳定造成的损害以及使物料湿度均匀，水分充分渗入到颗粒之间和颗粒内部，避免因发热量的波动引起焙烧时窑内温度的忽高忽低。由棒磨机粉碎的煤矸石粉料经筛分、加水搅拌后，用皮带输送机运至陈化库，再由倾斜式输送带卸到库内不同部位进行陈化。完成陈化的物料，由多斗取料机卸至皮带运输送到生产车间内，由两台30t/h~100t/h的箱式给料机供料用于生产，见图6。

陈化库必须封闭，保持库内湿度和空气温度稳定，保证颗粒湿度平衡。 CERIC公司特别强调煤矸石粉料在使用前应在陈化库内贮存15d。 2.3 煤矸石砖坯挤出成型
经陈化的煤矸石粉料由两台箱式给料箱送入两台80t/h的双轴搅拌机，加水调湿，然后再送到两台55t/h的箱式给料机供挤出成型机使用。煤矸石砖泥条挤出成型及加工切割如下。 2.3.1 泥条的挤出成型
挤出成型机的泥缸直径最大可达800mm,挤出压力2.2MPa,抽真空度85%。挤出成型的物料含水率12%~16%，每小时产能为40t~50t，最高可达80t~90t。整套砖机的功率达350kW，其中挤出部分225kW，可以挤出生产实心砖、多孔砖、空心砖及砌块等泥条。见图7。

根据需要可自动调整泥条挤出速度，也可一次挤出4个泥条。改变挤出机出口芯架可灵活的改变产品规格。砖壁的厚度在10mm~20mm之间变化，但是用煤矸石制造5mm壁厚的产品还没有解决。 2.3.2 挤出泥条的加工和切割
生产普通墙砖。泥条挤出后，直接经切条、切坯。生产清水装饰砖。用煤矸石做原料，可以通过对泥条表面进行特定加工，生产清水装饰砖，共有三类。去表皮装饰砖。在挤出机出口处加装切削刀，泥条从机口出来后，就用切削刀片将泥条4个表面的表层切削掉。经切削的泥条进行切条、切坯，见图8。

压花、喷砂、釉面装饰砖。挤出的泥条经切边、扒皮，进入加工中心。经过压花、喷砂、施釉后，切条、切坯。贴面及拐角贴面砖。泥条经过机口加工成薄片贴面砖和拐角贴面砖泥坯。经过压花、喷砂、施釉后，切条、切坯。 2.4 砖坯的码放
挤出泥条被切成10~40个砖坯，经分坯、翻坯、编组后用4组夹具按一定要求分4组码放在窑车上，见图9。

为了消除砖坯条面的压痕及在焙烧过程中因条面互相接触，导致在烧成时因还原气氛而产生黑色斑痕，影响砖的美观和装饰效果。砖坯在切割后用翻坯机翻转90°放平，卧码在窑车上。为了避免砖坯在码垛后变形或压损，砖坯的码放高度以1m左右为宜，即码18~20层高。 2.5 砖坯的干燥与焙烧
根据煤矸石砖坯成型水分低、砖坯强度高的特性，CERIC公司在HULLUCH煤矸石砖厂采取一次码坯窑车进行干燥和焙烧，即砖坯干燥后不再卸坯、重新编组、重新码放至窑车，干燥好的砖坯随窑车进窑焙烧。一次码烧可以减少车间面积，节省电能和降低成本。该方式是CERIC公司生产煤矸石砖的技术独特之处。
2.5.1 湿坯干燥
HULLUCH煤矸石砖厂没有独立的干燥室。干燥窑与焙烧窑排成一条线并直接连成一体。干燥窑加焙烧窑共长240m，宽9m~10m，其中干燥窑长56m。湿坯在窑车上缓慢干燥。从焙烧窑的冷却带抽取热空气供给干燥窑干燥湿坯。干坯进入焙烧窑的含水率不得超过2%。 2.5.2 干坯焙烧
焙烧是煤矸石砖生产的关键。它直接关系到利用煤矸石烧砖的成败。因为采用一次码烧工艺，干燥好的砖坯直接从干燥窑进入焙烧窑焙烧。焙烧窑长184m(预热带40m）内装53辆窑车、焙烧温度1020℃~1100℃。干燥、焙烧时间92h，焙烧45h~50h。干燥、焙烧完全由计算机控制，见图10。

焙烧窑上不设任何点火器，焙烧过程不使用任何外部能源(既不用外燃），完全依靠煤矸石自身所含有的碳及挥发分，挥发分的燃点为300℃~400℃。砖坯在800℃~850℃自动燃烧，其放出的热量保证砖坯在1020℃~1100℃温度下焙烧。要控制燃烧区，避免由于预热区自燃而使烧成带位置发生移动。在1020℃~1100℃温度下烧砖仅需400kcal/kg~500kcal/kg的热量即可，而大多数煤矸石的含热量都超过此值，有的甚至超出很多。煤矸石的来源不同，其发热值不同，有时波动很大。 煤矸石发热值的波动会导致窑内温度忽高忽低，严重影响窑内焙烧过程和砖成品的质量。CERIC公司为此开发了一套自动操作系统，掌握了窑内焙烧热能控制技术，见图11。

当窑内焙烧温度超过规定值时，及时将窑内多余的热量从烧成带抽出。通过减少热量控制烧成带温度，解决了高热值使焙烧变得困难的问题。当温度低的时候，自动减少抽出热量，是窑的烧成温度保持恒定。为此，必须设计、应用好窑上的风机。 a.一台使用温度165℃的抽烟机；
b.一台在预热带使用温度在250℃~350℃，可以切换操作的通风机，以提高产品与烟气热量交换和使室内横断面每一点温度均匀；
c.三台通风机；
d.一台快速冷却通风机，安装在烧成带之后，把温度从1020℃~1100℃突降到700℃；
e. 一台慢速冷却及热气回收通风机，抽取介于500℃~20℃段带上的热气用于湿砖坯的干燥；
f.五台冷却通风机，安装在出窑口的大门上，将产品温度冷却至环境温度。 采用煤矸石内燃烧砖，由于煤燃烧不充分或煤矸石氧化不良，而在表面出现黑色斑点或经常产生黑心。为了消除砖内黑心，CERIC公司将砖在一特定温度下，保持足够的停留时间。停留时间的长短由砖坯的厚度决定。 制定正确的焙烧曲线是保证砖正常生产和质量的前提。烧成曲线是通过试验中心试验而来，其经半工业试验验证后，用于隧道窑设计。焙烧过程严格按照烧成曲线运行。通过自动测温、测压力、测风速传感器自动控制所有风机，随时调节风速、风量。按照不同煤矸石、装窑密度、产品密度及厚度确定最理想的焙烧温度，制定焙烧曲线，以获得高强度、高抗冻性、无裂痕的产品。自动测定、自动控制和调节是砖坯在焙烧阶段保证98%合格率不可缺少的手段。 2.5.3 成品出窑 出窑成品见图12、图13。

3 产品 3.1 清水装饰多孔砖 清水装饰多孔砖见图14。

3.2 薄片贴面砖 薄片贴面砖见图15。

3.3 薄片贴面拐角砖 薄片贴面拐角砖见图16。

4 建筑 4.1 清水装饰多孔砖建筑 清水装饰多孔砖建筑见图17。

4.2 薄片贴面砖、拐角砖建筑 薄片贴面砖、拐角砖建筑见图18。

5 结束语
CERIC公司研发成功的以煤矸石作为原料生产烧结砖技术为世界各国，特别是产煤国的煤矸石资源化利用、保护环境做出了重要贡献。CERIC公司创造了半硬塑挤出成型、一次码烧、全内燃烧砖工艺和技术，使利用煤矸石为原料生产烧结砖成为现实，简化了工艺，节省了投资。真正做到“制砖不用土，烧砖不用煤”（即不用任何外部能源，大大节省了优质能源）。这个技术不仅解决了煤矸石利用问题还为其他硬质黏土类原料生产烧结砖提供了新的途径。 CERIC公司的煤矸石生产烧结砖技术为中国煤矸石烧结砖生产提供了有力的技术支持，大大推动了中国煤矸石资源化利用事业的发展，并在中国发扬光大。可惜的是，煤矸石砖在中国普及过程中，只学习、掌握了CERIC公司煤矸石制砖最基础的知识和技能，生产最普通的砖，至今尚不能生产清水墙装饰砖、铺地砖从而提高煤矸石砖的颜值和进一步增加经济社会效益，实为憾事。我们必须继续努力，全面掌握和发展煤矸石制砖技术。
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