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PART 01 目前，烧结砖行业中有人通过不同宽度和不同长度的隧道窑，以不同窑车上码坯数量的多与少，直接得出稀码就快烧的结论。对类似文章，笔者进行仔细的品读后认为：缺少如何实现“稀码快烧”的工艺技术操作措施；生产出的产品合格率的高低没有提及；在同种窑炉、不同地域中能否连续实现“稀码快烧”未讲清楚。“低值、稀码、快烧”，这六个字的实质是高度概括现代化烧结砖厂的经营和生产理念，即砖厂如何实现以低成本实现高产量和高合格率，达到较高的利润的管理措施。笔者拟在此阐述“低值、稀码、快烧”工艺技术操作控制措施和必要的保障条件。“低值、稀码、快烧”理论提出的背景和时间
PART 02在2003年左右，由于煤矸石烧结砖砖厂大量的出现，个体煤矿响应国家政策要求，纷纷闭坑关井，煤炭产量骤减，导致煤矸石由“废弃”物变为“稀罕”物，煤矸石的价格猛涨，直接使得砖厂的生产成本加大。此时毕由增先生受到用隧道窑或辊道窑以煤气或天然气烧结本身无燃料的耐火砖和陶瓷地砖的启发,而前往不同的厂家多个现场、高频次，实地调研。调研分析外燃热值用量,折合烧结砖为290---380cal/g，烧成速度较煤矸石砖快6.3米/小时，合格率平均为98%。在此基础上，拿出了“低热值、高产量、保质量”生产经营调整方案及应急措施，并应用到鲁王建材公司生产和经营管理中，通过两个月的摸索实践后，把生产模式确定下来，当执行一周年时，两条 4.6米宽的隧道窑年产合格砖1.4亿块（折标）。鲁王建材的当时写实情况：窑车尺寸为4.6米×4.35米，窑车台面以上有效高度为1.08米，每台窑车码放240mm×115mm×90mm矩形条状孔KP1,为3456块；煤矸石粉碎后的泥料热值为330 cal/g --380cal/g,窑车运行速度40分钟/车，一周年的有效天数以345天计（扣除节假日压火低速运行、设备出现断轴停产、雨季原料供应紧张等因素影响的天数）；345天×24小时×60分钟/小时÷40车/分钟×3456块/车×2条窑=85847040块，合格率96%，折标系数为1.7，合格块数折标140102369块。从而提出了“低值、稀码、快烧”的理论。“低热值稀码快烧”工艺操作技术措施
PART 03 码 坯 码坯质量直接影响到砖坯干燥质量的好坏。合理的码坯方式与码坯密度，能使干燥热风在干燥窑断面上进行合理的流量分配和形成适当的流速，以保证砖坯干燥的均匀和提高干燥热风的利用率。 码坯又是焙烧的基础。在烧成工艺中强调的“七分装码，三分焙烧”，说明码坯在烧成中的重要性。码坯形式确定之后，实际上也就确定了码坯密度。从而不仅关系到窑内气体运动阻力与风速、风量的大小，而且也确定了窑内热源的多少及其在窑内断面上的分布，最终影响到烧成制度。因此，烧成工艺必须根据窑炉的技术性能、烧成制度、砖坯的热值、砖坯的品种等综合因素，选择合理的码坯方式。 码坯密度是指窑内空间每平方米所能码放的砖坯块数。为了便于考核对比不同品种的码坯密度，砖坯的块数用标准砖（240×115×53mm）或KP1砖（240×115×90 mm）的块数即可。要使在同一条窑内烧成的不同品种码成相同或相近的密度，以确保烧成制度的稳定，提高产品质量。 根据大中断面平顶隧道窑采用“低热值稀码快烧”的工艺要求，码坯方式与码坯密度主要取决于坯垛横断面上的通风率、坯垛横断面通风总面积与顶隙和侧隙面积之和的比数∑Sn/∑Sd+s ，以及坯垛横断面通风总面积与窑通道横断面积的百分比(∑Sn/∑Y) ，详见下表。
▲4.6米一次码烧隧道焙烧窑码坯技术参数表
▲内宽6.9米一次码烧隧道焙烧窑码坯技术参数表
从这两表看出，两窑∑Sn/∑Sd+s ,相差较大。主要原因是窑顶问题不同，即内宽4.6米窑为136mm,而内宽6.9米窑为40mm。因此，两窑的性能亦有一定差异。 虽然现在好多砖厂采用了机械码坯方式，但是当采取人工码坯时注意要根据窑炉的宽度，设置1—2道纵向砖坯坯垛的收缩缝，其缝宽为10-30mm即可。在一次码烧工艺中，边密中稀的码坯原则难以实施，但是可以通过调整码坯间距的参数来实现每小垛的边密中稀，由于码坯机边侧抓手的自有壁厚、放下和抽出必要时的工作间隙，而形成纵向砖坯坯垛间的纵向空档，该空档无形中起到砖坯在干燥和焙烧过程中横向收缩缝的作用。在此赘述一下轮窑中既没有边缝又没有中间的纵向缝，唯有是合理的通透的严格的码坯，烧出的砖质量很好，如果看火工操作合理产量也高。总之隧道窑的纵向缝是码坯机设备的固有的必须的工作间隙，并非是纵向火道 干 燥 1、对干燥产生影响的三个物理概念 塑性指数:泥料在外力作用下任意改变形状而不开裂，外力移去后还能保持已改变的形状。 坯体的干燥敏感性:坯体在干燥过程中产生开裂的倾向性。有低、中、高之分，我们把干燥敏感性小于1的原料叫低敏感性，1--2叫中敏感性，大于2叫高敏感性原料。临界含水率:坯体在脱去自由水过程中会随水分减少而收缩，自由水蒸发结束，坯体停止收缩，这时坯体的含水率成为临界含水率。 在实际生产过程中,大都体会到塑性指数是在沿用黏土砖生产中的一个概念,对煤矸石内燃砖指导意义非常有限,原因是这两种原料的成因不同,风化程度不同,矿物组成有差异等。 2、干燥措施 为了保证干燥质量，原料的选择在不影响成型质量的前提下，以泥料的塑性指数越低越好，因为干燥敏感性低的砖坯在干燥过程中不易产生裂纹。所以在实际生产过程中根据自身条件，以保证砖坯成型时无缺陷为准则，而选择干燥敏感性低的原料既可加快干燥速度，又缩短干燥周期，为“快烧”创造了良好条件。 要稳定干燥窑“0压”点的位置，一般应将“0压”点稳定控制在距离进车端为干燥窑总长度的2/3左右的位置。例如，现在常规设计的内宽4.6米、6.9米干燥窑大约长度为79.1米，17个车位的干燥窑，其“0压”点可控制在9--11车位前后。由于砖厂企业自身原料性质的差异，“0压”点的具体位置可通过实验确定。“0压”点确定之后，只要原料的性质没有变化，就不要随便改变其位置。因为“0压”点前移，会使排潮温度提高，易产生砖坯急干裂纹；而“0压”点后移，一是由于产生严重的热气流分层现象而使坯垛底部的砖坯干燥不好；二是会降低排潮温度，产生很大的湿度，使坯垛凝露塌垛。 干燥热风温度（热风机出口温度）要稳定在120-130℃,排潮温度为45-50℃，污染物在环保要求的排放浓度要求范围内，尤其是氧含量必须严格控制不得超标，在必要的情况下，采取烟气复烧措施。空心砖坯出干燥窑的残余水分＜3%，条状矩形孔的KP1砖坯出干燥窑的残余水分＜4%,实心砖坯出干燥窑的残余水分＜3%。当然这些经验数据要根据砖厂企业所在地理位置而会有所不同，例如海拔高度、空气湿度、大气压、风力风向等因素。 焙烧窑温度控制技术措施
由于煤矸石内燃砖的砖垛芯部区域的温度高于砖表面温度的特点，这样烧成曲线的确定，则最高烧成温度控制在本企业原料的烧成温度范围的中间偏下即可，其他车位的温度参照办理。具体目视标准：可根据砖垛底部和两侧无欠火砖来确定。因为，电脑上显示的各车位温度是通过数据采集仪尾部的热电偶，而采集的窑顶部烟气的气流的温度传输到显示屏上，而不是砖的真实温度。砖的真实温度大于仪表显示的温度，特别是坯垛内部的温度更高。风速较大部位，例如：窑顶、窑侧部位砖的表面温度接近气流温度。故此，温度调整依据确定烧成温度曲线而采取动作，仪表显示的温度低于烧成的温度，则必然出现部分制品表面欠火而内部烧结的现象。 怎样达到“快烧”的目的，就从工艺技术措施上分析砖坯烧成过程中允许的升降温速度。 按窑内温度来划分，焙烧窑可分为三带。温度低于600℃的区域划分为预热带。砖坯在预热带主要是缓慢升温，排除残余水分，并防止砖坯产生裂纹。砖坯进入预热带后，在200℃以前是排除残余水分阶段。若入窑砖坯的含水率≤1%，就可以快速升温而不会使制品裂纹。具体原因是砖坯预热过程是坯体由外到内的升温过程，这一过程既要确保坯体缓慢升温，又要降低砖坯表面脱水速度，这就要保证预热带保持低温高湿状态。因为坯体表面受热快，坯体表面的水分就会逐渐变成水汽向空气中扩散而被对流的空气带走，这时如果坯体周围空气相对湿度较小，坯体表面水分就会迅速蒸发，水分蒸发，体积就会减小，表面就会收缩，坯体内部温度还较低，水分不会蒸发，体积也就不变化，即内外收缩一致时,半成品的坯体表面不会开裂。在此过程中坯体经历内部温度升高到开始蒸发水分而坯体表面水汽不被迅速蒸发，达到内外等速蒸发水分过程。因此，实现“快烧”就要严格控制入窑砖坯的残余水分。根据多孔砖与空心砖的生产实践，一般窑车顶部的砖坯残余水分在0.2-0.3%，窑车底部的残余水分＜2%，这为“快烧”奠定了基础。 在200-500℃阶段，是排除砖坯结构水的阶段。Al2O3·2SiO2·2H2O的分解是属于一级化学反应，温度每提高100℃，其分解速度就可加快一倍，而制品不会产生裂纹。因此掌握企业所用原料的矿物成分的含量、矿物成分在温度变化情况下的物理化学反应条件及其产物的稳定性能。对该阶段的允许的升温速度，为“快烧”提供了物质基础。 当砖坯预热升温到573℃石英晶型转化（β—石英⇌α—石英）温度时，产生体积膨胀。但是研究发现，其相变时反应非常快，一般只需几分钟就结束了。因此，这时只要窑温均匀，使砖坯各部分的膨胀一致，就不会产生制品裂纹。573℃相变阶段的关键是控制窑温均匀，只要温度均匀，就可快速升温而不致坯体开裂。但是，预热带负压较大，易产生分层现象，没有一定的措施，很难保证窑温均匀。所以，在此阶段还是要特别注意慢速升温，以防产生制品裂纹。 另外，还要特别注意制品在冷却带的冷却速度。一是制品从烧成带进入冷却带后，由于有窑尾鼓风和抽热风，所以制品的冷却速度很快。当制品在573℃时，因为α—石英相变为β—石英的同时又产生体积收缩，故在此阶段必须缓慢冷却，以避免制品产生裂纹；二是制品在400℃以下，虽然可以快速降温，但是在230℃时，又因为石英产生快速体积收缩，所以这时冷却过快，制品即会产生裂纹、哑音。 焙烧窑“0压”点位置的控制
“0压”点位置的控制标志着压力制度的控制与调节。压力制度决定窑内气体流动的状态（强度和流动方向），从而影响着窑内的热交换，影响着砖坯燃烧所需要的空气量的供应及所产生的烟气的排出，影响着窑内温度在窑炉断面分布的均匀程度。合理的压力制度是保证窑内温度和火焰性质的充分条件。
大中平顶断面隧道焙烧窑，按码坯高度为12--16层砖坯设计，一般窑炉的码坯有效断面高度1.4—1.9米，扁长的窑内横断面不会产生较大的上下温差，只要操作方法得当，就不会产生砖坯周边或底部制品欠火的问题。因此，可以采取大部分焙烧带处于负压烧成状态，即把“0压”点可以稳定控制在焙烧带后部。例如，当前设计的焙烧窑炉热工设备的焙烧区域，通常为11车位的后半部至24车位，为此则“0压”点可以稳定控制在14车位至16车位的范围内。“ 0压”点实际上是一个零压面，确定零压点以在设定的拟控制范围内的加煤口能观察到“0压”点为原则，不宜通过窑墙的观火孔来确定。切忌“0压”点移到冷却带而发生抽热倒流事故。 “0压”点靠后的最大优点是可以防止高温部位处于正压。当高温部位处于正压时，很容易发生向窑顶密封保温薄弱部位窜火而烧塌窑顶的事故。但也要防止由于大部分烧成带处于负压状态，因加煤孔盖密封不严而向窑内进冷风，影响烧成温度。 正压烧成也易使大量热气体散失到周围环境中，从而增加了热量的损失，影响烧成温度，这给“低热值、稀码、快烧”工艺的实现造成一定的困难。较大的正压烧成的危害：易使窑内高温气体向窑车下部或窑顶窜火而造成窑车轴承化油，严重时发生轨道或钢制砂封槽变形；向窑顶窜火而烧塌窑顶的重大事故。 风量的控制 燃烧必要条件是有足够的氧气，空气中的氧气是帮助煤矸石燃烧的助燃剂。进入窑内的空气是通过窑尾鼓风机和排烟风机的抽力实现的，但通风道（进风口、烟道、烟囱）截面积大小是确保通风量的关键。没有足够的风量燃料就不能充分燃烧。每公斤纯碳在氧气充分的条件下燃烧可产生8500kcal热量，释放二氧化碳，在氧气不足的条件下燃料只能产生1700kcal热量，没有完全燃烧的碳转变成一氧化碳（煤气）被排除窑外。资料显示：每公斤纯碳燃烧大约需要30m3-40m3的空气。通风道截面积应比计算面积大1.5倍，因为烧砖所用的内燃，灰分较大，热值较低，燃烧时需要的氧气量远大于纯碳燃烧消耗量。进入窑内风量的大小，应能满足：制品冷却需要、抽热风到干燥窑对坯体干燥的需要、满足砖坯燃烧需要，同时严格控制过剩的空气量，而满足当前环保要求烟气中氧含量不超过18%的标准；排烟风机满足：把焙烧产生大量的烟气和预热带的湿气带出窑外的要求。如果风量小于上述要求，则烧成不能正常进行，烧成带形成还原气氛，就达不到烧成温度或升温很慢。但是，风量过大又会使冷却很快，热风温度降低，从而影响干燥温度和烧成温度；风量过大，也增加了排烟量，使大量的热量从烟囱排掉，窑内热量大量损失，因而“低热稀码快烧”工艺也不可能实现。风量的大小要以焙烧的需要量来考核。其原则是应能满足氧化焰烧成的需要，即空气过剩系数控制在α=1.3-1.7。
烟气温度的控制 排烟温度的高低，标志着同样的烟气排出量从窑内带出的热量的多少。排烟温度过低，一是风机抽力减小，排烟量不足；二是易使预热带产生砖坯凝露塌垛事故或砖坯回潮裂纹。排烟温度过高，说明窑内有大量的热量损失，造成能源浪费也就是坯体中燃料的损失。因此，排烟温度应控制在≤120℃。特别注意的情况，如果预热带抽窑底风系统与排烟系统干管相连接上，则排烟机的排烟温度包括窑底不高于100℃的温度。 排烟支管闸阀的使用与调节 隧道焙烧窑的排烟支管道一般设5-9对，每一支管的入口都设有闸阀，用以调节各排烟口排烟量的分配，以获得窑内适当的烟气流速和总排烟量。总排烟量和烟气流速关系到窑炉的烧成制度和预热带砖坯残余水分及有害气体的排出。而排烟口的排烟量的分配又直接关系到预热带的升温预热的热量在各车位上的分配量，从而影响到预热带各车位的预热干燥效果与升温速度，以及烟气热利用率大小的问题。 1、焙烧窑用闸方式的比较 以7对排烟支管闸阀为例，其用闸方式可分为三种形式，即梯式闸、桥式闸和桥梯式闸三种。为了便于说明闸阀的位置和开启程度的大小，我们以闸阀距离焙烧带的远近来说明闸阀所处的位置，再以闸阀开启大小来说明开启程度的大小。 1）梯式闸 梯式闸的开启应采用近小远大的操作方法。以距离烧成带最近的一个闸阀叫做首闸或近闸，近闸开启最小，以后各闸依次开大，末闸（远闸）开启最大，故称近小远大、逐步开大的阶梯形式叫做梯式闸。如图示。▲梯式闸示意图 近小远大操作方法的顺阶梯式闸，其优点是能够充分利用烟气的热量，使预热带升温平稳，火速快，产量高。其缺点是因烟气的流程长，逐渐降温增湿，如果入窑砖坯的残余水分较高，则易产生凝露。故砖坯干燥不良、残余水分较高时，应慎用此闸。2）桥式闸 桥式闸是中间位置的闸阀开启最大，而其前后各闸阀则依次开小，形似拱桥，故称桥式闸。如图示。 ▲桥式闸示意图 由于桥式闸的中间位置的闸阀开启最大，可以把预热带中段的高湿烟气就近提前排出窑外，可有效防止凝露回潮，使升温平稳，有利于提高产品质量。但由于桥式闸较大地开启了中间闸和近中闸，增加了此处的抽力，提高了烟气的排出温度，这就增加了窑内热量的损失。排烟温度越高，损失的热能越大，因此，不利于“低热值”烧成工艺的实施。 3）桥梯式闸 桥梯式闸的操作方法是，闸阀随着焙烧带由近及远其开启的程度由小到大依次变化，及至最后二闸阀时，大幅度减小开启程度至末闸，使最后两个闸阀的开启成为倒梯形。如图示。第1、2两对闸阀的开启大小要根据第一对闸阀后面第6-7个车位的升温速度而定。一般这两个车位的温度在700-900℃范围内，在此阶段的升温速度应控制在≤50-60℃/h。 桥梯式闸保持了梯式闸和桥式闸的优点，同时又克服了梯式闸和桥式闸的缺点。特别是在热能利用方面，它比桥式闸的热量利用率高，排烟温度低，加快了火行速度，更有利于“低热值稀码快烧”工艺的实现，有利于提高产品产量，降低单砖成本。因此，推荐使用桥梯式闸的操作方法。 2、排烟闸阀的使用与调节应注意以下事项： 1）排烟闸阀的开启原则是“近小远大”。严谨采用“近大远小”的倒梯式的操作方法。因为这样会使大部分烟气没有通过更多的预热带的坯车即由近闸进入排烟机排出窑外，热量大量损失，坯体预热不佳，“低热值稀码快烧”工艺不可能实现。 这种倒梯式闸的操作方法在某砖厂使用了很长时间，其结果是煤耗高，烧成温度低欠火砖多，进车速度慢产量低。例如，在砖坯泥料热值高达695卡/克的情况下，在焙烧窑进车过程中采取在窑顶向两个高温车位加煤的措施后，最高温度才保持在964℃.此种焙烧工要引以为戒。
▲倒梯式闸示意图 2）在调节排烟闸阀时，即有些闸阀要开大，有些闸阀要关小的时候，必须先开后关，稳开稳关，循序渐进而且是连续的递增或递减。切忌大开大关，或跳跃用闸，以免气流急剧波动，影响烧成制度的稳定。 3）排烟闸阀的开启大小，应掌握窑的两侧对称和每对支管对称，以免出现窑内两侧烟气流速不一致而使两侧的火行速度不一致。如出现两侧火行速度不一致时，应开大慢侧的远闸，加大该侧的烟气流速，促其赶上。
“低热值稀码快烧”工艺 操作保障措施，降低热值 是煤矸石烧结砖企业长期的目标 PART 04 窑体保温与热值 窑体保温性能优劣是降低能耗的关键。常年处于高温的焙烧窑，大约有30%-40%的热量被窑体吸收和散失掉。窑体可分为窑墙和窑顶两个部分。外墙直接与大气接触，新建在墙体内增加200mm厚度保温棉和一层铝箔纸；老旧的隧道窑可在窑体的外侧加一层铝箔纸和50mm—100mm保温棉，以降低热量损失。窑顶散热是热量损失的主要途径，为此在顶砖的加层中使用保温棉之外，还需在上部填充珍珠岩等保温材料，以增强保温性能减少热量损失。常使用保温材料：硅酸铝纤维棉、岩棉、珍珠岩、轻质保温砖。经过统计，窑墙内加保温材料比不加保温材料烧成1kg制品可以降低能耗30kcal以上。 控制目标：窑外墙温升不超过15℃，窑顶温升不超过25℃。 窑车保温与热值 窑车散热也是窑内热量损失的重要途径，很多隧道窑车底温度高达170℃，不但热量损失严重，还经常烧坏轴承。窑车散热主要是车体砌筑材料保温性能差和两车接触面密封性能差，良好的窑车必须在车底面铺设保温棉、珍珠岩和轻质保温砖，然后再铺设耐火砖，接头处必须采用两级密封并嵌入保温棉才能有效减少热量传递到车底。 尤其近三年来为了降低耐火材料的资金投入，而“发明”用土夯实窑车边框内的所有耐火材料和保温材料，其结果是窑车的钢架氧化严重、每循环一次脱一层氧化铁皮，造成窑车使用周期寿命缩短，以及与台面接触的砖欠火严重。 窑车沙封与热值 隧道窑沙封密封性能不良，易导致热量损失：从砂封穿入的冷空气直接作用在窑车两侧的砖坯上，导致窑内气流混乱；窑车两侧本身由于窑墙吸热的原因温度比中部低，再加上冷空气窜入，温度就会更低，使窑内两侧出现欠火砖。 焙烧窑余热的利用 干燥室干燥砖坯的热量来自焙烧窑的冷却带的余热。所谓余热是烧砖过程中砖冷却过程中释放的热量，从冷却带抽取足够的热量，同时也抽取了部分焙烧窑窑尾鼓入的空气送往干燥室，确保干燥室热量和风量充足，干燥室有了充足的热量和风量才能保证砖坯干燥效果。满足干燥的基本要求：低温、大风量、微正压。 产量与热值 隧道式焙烧窑体所吸收的热量与时间有关，与产量无关，无论烧多少产品窑体每天都在消耗固定的热量，因此提高焙烧窑日产量是降低热值的有效途径，同时降低了每块砖的热耗。
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发表于 2020-10-29 13:09:15
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发表于 2020-10-29 20:42:18
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