黑心砖的预防与消除

砖瓦客服 · 发表于 2021-12-10 13:08:48

黑心砖的预防与消除

国内隧道窑砖厂大多是内燃烧砖，内燃烧砖一是产量高，能给厂家带来最大化的效益；二是产品质量好，砖硬度高，并且消化掉了煤矸石、炉渣等含有发热量的固体废弃物。内燃烧结砖也有弊病，即大都有黑心，十分难消除。
黑心砖在国家标准中是被判定为不合格产品，因为烧结砖的黑心直接影响产品的强度和耐久性等强制性指标。烧结砖黑心的产生无外乎两种情况，一是没烧透含有大量热量的制品，俗称外熟里生；二是虽然烧透了但因缺氧生成的氧化亚铁类物质。没烧透的黑心砖使用寿命短，易风化(也是氧化)；烧透的黑心砖，也是强度耐久性能不达标，不过比没有烧透的黑心稍好些。
1烧结砖黑心形成的原因分析
首先解释一下碳，它是我们制砖不可或缺的原料。碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期ⅣVA族，碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中。碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物—有机物更是生命的根本。碳还大量存在于煤、煤粉、煤矸石、炉渣等物质中，烧砖时需要用的是碳在氧气中燃烧所产生的热量，进而完成整个烧结的过程。
我们要搞明白一般烧结砖为什么是红色的，首先应了解制砖原料中的化学成分及作用。
二氧化硅SiO2：制砖的主要成分，要求范围在 55%~70%之间，如果其含量高，说明游离石英杂质多，会导致原料塑性降低，砖坯干燥收缩和烧成收缩小。
三氧化二铝Al2O3低于10%时制品的力学强度低，高于20%时烧成温度升高，煤耗大
氧化铁Fe2O：是制砖的助溶剂和着色剂。过高的含量会降低制品的耐火度，还会影响烧结制品的颜色 (黑灰色或紫红色) 氧化钙CaO：是一种有害物质，其颗粒大，容易发生石灰爆裂，导致坯体严重变形，如吸潮，粉化等。
氧化镁MgO：以碳酸镁的状态存在于原料中，起到助溶剂的作用，要求不超过3%，能降低制品的耐火度，但没有氧化钙那样明显。其化合物如硫酸镁在制品中会产生白色的霜。
制砖原料中的铁元素(Fe)在高温烧结中与氧充分结合氧化生成三氧化二铁(Fe2O3)，三氧化二铁是红色的，故砖呈红色。因为砖坯内部缺氧，而制坯原料中的铁元素，在高温缺氧环境下生成四氧化三铁 (FeO)或氧化亚铁(FeO)而变成黑心。
需要特别说明的是，煤矸石中黄铁矿FeS2 (也叫硫铁蛋)含量高，会对整个的焙烧工艺产生影响。在焙烧中，原料中含有的黄铁矿(FeS2)，只有在黄铁矿完全分解之后，碳才能开始燃烧，因此极易造成黑心(各氧化铁的主要颜色是：Fe2O3显红色；FeO4显黑色；FeO 显黑色)。因它分解时需要的空气量是同样碳燃烧时的10-20倍，需要大量吸收氧气，导致砖坯内部缺氧而形成黑心，同时会释放有害的SO2气体。坯体内的内燃越高，产生黑心的可能性就越大。
2解决烧结砖黑心的思路方法
砖坯内部如果缺氧，很容易使制砖原料中所含的铁元素在缺氧的情况下生成四氧化三铁、氧化亚铁而造成黑心。
煤矸石的颗粒粗细至关重要。有必要讲一下制砖原料的颗粒级配。在大多数的砖厂，都是以煤矸石作为内燃原料和骨架原料的。粒径小于0.05mm的粉料，称塑性颗粒，用于挤出成型时产生所需要的塑性一般来说占比35%~45%；其次是粒径0.05mm 12mm的颗粒，叫填充颗粒，其作用是控制产品所发生的收缩，防止产生干燥裂纹以及在塑性成型时赋予坯体的强度，占比约为25%~65%；至于粒径为1.2mm~ 3mm的颗粒，其在坯体中起骨架作用，这种颗粒有利于坯体干燥时，形成毛细孔而容易排出坯体中的水分，更是烧结砖内部进氧的通道，此种颗粒也不宜过多，一般来说应少于30%。但要杜绝颗粒圆径大于 3mm的颗粒，空心砖更不要有大于颗粒径2mm的颗粒。另外，为消除烧结砖黑心，可以在内燃原料中加适量的硬质页岩，以增加砖坯内部的透气性，也就是说增加砖坯内部进氧通道，给烧结砖黑心的消除提供更为有利的条件。
码坏的垛形应遵循边密中稀的原则，以使焙烧用风时减少坯垛的阻力，使坯垛进氧充足。实心砖提倡二压五或者三压七垛形，此种垛形优于二压六、三压八、三压九垛形。圆孔形多孔砖提倡二压三或三压四垛型，此种垛形优于二压四、三压五、三压六垛形。大孔类空心砖提倡水平孔码放以便形成穿流进风。此种垛形优于环流垛形，此种垛形能够在坯垛中间通风畅通，增加穿流气体流量，最大化地缩短了空气进入坯体的路径。
3消除黑心的具体操作措施及注意事项
总的来说，消除烧结砖黑心的焙烧，应该遵循低温长烧多进氧的原则，特别是要加长预热带。加长预热带的好处是：能够提前使坯体内外升温，进氧均匀以利于焙烧，更可以提前消耗掉一部分多余的内燃料，避免砖坯进入焙烧区域时产生爆炸性升温，给低温焙烧操作创造良好的条件。
因为爆炸性升温时碳比铁更加活跃，就会夺取Fe2O3里的氧原子，产生二氧化碳CO2，使三氧化二铁Fe2O3转变成四氧化三铁 Fe3O4、或氧化亚铁FeO，造成砖坯外部提前烧结完成，将砖坯内部的进氧通道基本堵死，导致砖坯内部缺氧，砖坯内部就会因为缺氧，使所含的铁元素因不能充分氧化转换，不能生成三氧化二铁Fe2O3，只能生成四氧化三铁FeO4、氧化亚铁FeO，而使砖的内部由红色变为灰黑色或者黑色，成为黑心砖。
焙烧操作时，如果内燃掺配量超标，要把焙烧带前的火眼盖打开几排控制升温，多进空气，使焙烧带前的温度不要过高。焙烧带前的温度要求低于焙烧带的温度，避免砖坯外部提前烧结完成导致的砖坯内部的进氧通道被提前封堵。到了焙烧带，温度也应控制在正常烧结温度的最低值，使砖坯缓慢升温，长距离恒温，保证砖坯所需焙烧温度的最低值最大化延长，形成低温长烧的焙烧格局。
风闸使用方面，遵循加长预热带的原则，要多用闸，远闸低风，砖坯升温的速度应及时调节，要适当加大风量，也就是增加过量氧气，使焙烧窑内氧气充足过剩，给砖坯内部的供氧创造充足适宜的条件。
再就是焙烧带的火情控制。升温快了，焙培烧带及焙烧带前应多打开几排火眼，使焙烧温度控制在烧结砖所需温度的最低值。升温速度慢了，说明砖坯的内燃掺入量不够。砖坯的内燃掺配量不够，高温烟气达不到或不超过烘干窑烘焙砖坏温度时千万不要打开火眼，要查看烘干窑上的闸型正常与否。在砖坯的内燃掺配量足够用、高温烟气能够达到或超过烘干窑所需温度的情况下，才可以打开焙烧带前的火眼。隧道窑的保温带和冷却带，也是消除黑心的关键因素。窑尾的进氧，既不能使烧成后的红砖降温过快，更不要降温过慢。因为降温过快时，使烧成后的红砖氧化反应过激，会造成红砖内部的碳质来不及充分氧化而还原碳色，使制坯原料中的铁元素因为缺氧断氧，生成四氧化三铁Fe3O4或氧化亚铁FeO而变成黑心。降温过慢时，会使烧成后的红砖在出窑后仍然有明火存在，砖出窑后急剧降温而形成哑音砖、脆砖，更会使烧成砖的内部因急剧降温，导致砖的内部的铁元素来不及充分氧化，生成四氧化三铁Fe2O4或氧化亚铁FeO而变成黑心。
保温段至冷却段末端应控制在2-3车烧成的红砖无明火再出窑为宜。大断面的隧道窑窑尾要增加供氧风机，以解决隧道窑因为断面较大而供氧不足的问题。这样，不管断面、中断面、大断面，供氧充足了，也使砖的内部氧化反应充分了，才能最大化的消除烧结砖的黑心问题，也保证了烧结砖出窑后的质量问题。

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