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窑炉知识

治理炸砖
时间：2015年09月23日    点击：次    来源：【隧道窑】
一、前言
“石灰爆裂”和“泛霜”是影响烧结砖质量的两大危害，严重影响到产品的质量，治理起来也比较困难。由于地质成因和组成的复杂性，这两个问题往往在以页岩和煤矸石为原料的烧结砖厂中反映比较突出，成为许多砖瓦企业生产过程中亟待解决的热门话题。我们根据在科研设计工作中和在生产实践中解决这类问题的经验，总结出了“16字方针”和“化学固化剂”的方法解决上述问题，并运用到我们的设计工作中，在一定的条件下取得了比较好的效果。二、石灰爆裂产生的原因
“石灰石爆裂”是砖体内的生石灰（CaO）受潮水化，引起体积膨胀而对产品造成的一种破坏现象。当制砖原料中含有较多的石灰质(CaCO3)，且破碎后原料颗粒较大时，焙烧过程中在砖体内形成尺寸较大的生石灰（CaO）颗粒。生石灰颗粒不断吸收空气中的水分，逐步水化成消石灰Ca（OH）2。CaO水化形成Ca（OH）2的过程是一个体积膨胀的过程。随着CaO不断水化成Ca（OH）2,砖体内CaO聚集物体积不断增大，砖体承受CaO聚集物膨胀所产生的拉应力也越来越大，当该压力大于砖体的抗拉强度时，即会对砖体形成破坏。少量的CaO聚集物可形成砖体表面破坏，大量的CaO聚集物则造成砖体酥裂。三、 “16字方针”的内容
解决石灰爆裂的“16字方针”就是“拣选剔除、控制细度、加强焙烧、淋水消解” 16个字。部分煤矸石砖厂和页岩砖厂用这16字方针解决石灰爆裂的问题，收到比较好的效果。
1、拣选剔除
以某煤矸石砖厂年产6000万块煤矸石烧结空心砖生产线为例，该生产线利用的煤矸中石含有大量的块状石灰石，大的150～300mm，小的10～30mm。这些石灰石是开采煤层的顶板和掘进通风巷道时随煤矸石一同运到矸石山上来的，石灰石在煤矸石中的比例高达20～25%，在没有进行处理之前，用这种煤矸石生产出的承重多孔砖，在室外放置1周以后，砖体全部开始酥裂、粉化，成为废品。
我们首先将煤矸石过一道150×150mm的钢篦子，先将大块的石灰石剔除过颚式破碎机，然后用一台慢速（v＜0.5米）皮带输送机将破碎后的矸石运进车间，皮带两边站4个人，尽量把能看见的石灰石拣出来，利用石灰石与煤矸石硬度不同的性质，再经过回转式圆筛（也可以称之为“除石机”）过一遍，三道关使大部分石灰石被剔除来。这就是16字方针的第一关“拣选剔除”，结果是使石灰石含量下降到5%以下。 2、控制细度
大颗粒的生石灰颗粒存在于砖体内，水化产生的膨胀量大，因而在砖体内部产生很大的应力，当内应力超出砖体的弹性变形范围时，砖体即被胀裂。因此石灰石颗粒尺寸越大，成品砖内熟石灰水化产生的集中应力越大。不难理解，控制细度就是最大限度地减轻石灰石颗粒在砖坯在的危害，实践证明，当石灰石颗粒小于1毫米时，“石灰爆裂”的危害程度降低80%以上，颗粒小于0.5毫米时，“石灰爆裂”的影响基本消失。不仅如此，采取充分搅拌的方式，使原料中的石灰石细颗粒处于高分散状态，避免成品砖内生石灰颗粒聚集，防止水化所产生的集中应力，也大大降低了“石灰爆裂”产生的危害。因此，降低原料的细度是解决“石灰爆裂”最关键的措施。
我们用两台“反击式锤式破碎机”和两台振动筛联合对煤矸石进行处理，选择筛网的孔径为8目，将原料细度控制在1毫米以下，效果是十分明显的。但问题是原来越细，产量越低，这是一对矛盾。通过实践，我们认为在采取淋水消解的前提下，原料颗粒可以放宽到2毫米都是安全的，这样产量也得到较大的保证。
3、加强焙烧
“石灰爆裂”对成品砖的破坏，也与成品砖本身的强度有关系，成品砖强度越高，石灰爆裂产生的危害越小。适当提高焙烧温度和延长焙烧时间，提高成品砖的烧结程度和成品砖的强度，降低石灰石爆裂产生的危害。所以不难理解“16字方针”中的“加强焙烧”，目的非常明确，就是要提高砖的内在质量，提高抵御石灰爆裂的能力，此外，砖坯中的部分CaO与SiO2、AI2O3、Fe2O3等物质在高温下固相反应，生成稳定的硅铝酸盐矿物，消耗了部分CaO，进一步减轻石灰爆裂的压力。
4、淋水消解
“淋水消解”是16字方针中的最后一关。大家知道，CaCO3在600℃左右的时候开始分解，913℃分解完毕，分解成CaO（生石灰）和CO2，就是这个存在砖坯中的CaO吸收空气中的水分以后，生成粉状的Ca（OH）2并且伴随很大的体积膨胀，产生巨大的内应力对砖构成严重的危害。但是，CaO在大量水的情况下，生成膏状的（也称液态）Ca（OH）2，情况就大不一样了，液态的Ca（OH）2可以向周围的空隙渗透和移动，大大减轻了内应力的强度，从而使产品度过了“石灰爆裂”这道难关。
我们的做法很简单，砖在出窑以后，立即通过淋水工序过一道，使砖坯完全浸湿、浸透为原则，淋水装置采用架空水箱的形式进行淋水，水箱下面是淋水车位，水箱下设置专门设计的条形淋水嘴，使水箱中的水呈水帘状流下。调整水箱溢流装置，可改变水箱水面高度，从而调节淋水嘴淋水量。喷淋水利用煤矿矿井排出来的废水，淋水后的余水沉沙后排入循环水池，由循环水泵循环利用，效果确实很好，2年前生产的煤矸石砖即使放在潮湿的环境中，至今依然完好如初。
除了淋水的方法以外，将出窑的红砖浸在水槽中进行消解效果更好，消除石灰爆裂的危害更彻底。因为淋水的效果往往受淋水强度、淋水时间和砖垛大小的影响，弄不好消解不彻底，不能根本消除石灰爆裂的影响。淋水消解的方法虽然可行，但是却增加了生产工序和生产成本，在以上三种方法都不能彻底解决问题的情况下，才采用这个方法。四、化学固化剂的应用
1、固化剂的提出
“16字方针”解决烧结砖的石灰爆裂难题确实起到了一定的作用，但不是唯一的途径，我们通过研究，采用“化学固化剂”的方法也可以取得较好的效果，这个方法是从我国大力推广洁净煤生产技术中的“型煤固硫技术”得到启发的。
大家知道，为了控制和减少SO2对大气的污染，国家在推广工业型煤和民用型煤的技术中，用生石灰（即CaO）作为固化剂，将其掺兑在原煤中制造成民用蜂窝煤和工业煤球等型煤品种。当这些型煤在炉膛中燃烧时，型煤里面的CaO与SO2在高温下发生反应，生成性能稳定的不溶性硬石膏（CaSO4），CaO消耗掉了煤里面的SO2，从而减少SO2向大气中的排放浓度，达到保护环境的目的。CaO消耗SO2生成CaSO4的反应过程称之为固化过程，有资料介绍，工业型煤的固化效率能够达到82%以上，效果是非常明显的。
反过来，我们为什么不能以硫作为固化剂对砖坯中的生石灰进行固化呢，洁净煤生产技术采用CaO固化SO2生成石膏，达到减少污染的目的。我们用SO2固化CaO同样生成石膏，达到降低石灰爆裂危害的目的，目的不同但方法完全一样。这就是我们提出化学固化剂解决“石灰爆裂”的思路。通过实践证明，这个方法也是可行的。
2、固化剂的作用
在烧砖隧道窑或轮窑内，砖坯中的石灰石颗粒在高温下（850～1000℃）分解成CaO和CO2：
CaCO3（石灰石） CaO + CO2↑
在400～800℃温度下，部分CaO与固化剂SO2反映并生成不溶性硬石膏CaSO4：
CaO + SO2 CaSO4
硬石膏是一种十分稳定的矿物，1150℃以后转化为Ⅱ型硬石膏，1350℃以上才有可能分解，砖瓦窑炉达不到这样高的焙烧温度，所以不用担心它再次分解，在自然状态下CaSO4不会分解也不溶于水。我们希望CaO尽量多地与SO2反映生成石膏，从而减轻CaO产生石灰爆裂的倾向。根据我们对收集的资料分析，除SO2以外，能够作为固化剂的物质还有很多，但SO2的效果最好，从部分砖厂的使用情况来看，固化率能够达到70%以上。
北京市某页岩砖厂将40%～50%的煤矸石掺兑到页岩中生产空心砖，但是煤矸石中混进许多石灰石，以致造成严重的石灰爆裂现象。该公司在控制原料破碎细度小于2毫米的基础上，在混合料中掺入用“98酸”溶液制作的固化剂，较好地消除了石灰爆裂问题。
五、结束语
“16字方针”和化学固化剂的方法都会增加一定的生产成本，从使用的情况看，仍然在我们能够接受的范围之内。但是，我们需要特别指出的是，无论是“16字方针”或者是化学方法的“固化剂”，控制原料的破碎细度都是首要的前提，没有细度的保证，任何方法的效果都会大打折扣，甚至不起作用。当然，砖厂建设之初避开含钙较高的原料，恐怕更是明智之举，省得今后带来一系列的麻烦。只是实在没有办法回避了，只好拿起“16字方针”这样的“武器”。
还应当说明的是，有一种特殊的例外情况，当CaCO3以极细状态高度分散在原料中的条件下，即使CaCO3的含量超过20%，石灰爆裂的现象也不会发生，因为CaCO3没有生成CaO的颗粒的条件，而是“积极”地参与了硅酸盐的固相反应，生成具有稳定性能的硅铝酸盐矿物，因此不会产生石灰爆裂的危害。
来源：中国砖瓦论坛

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