摘要：从现代化砖瓦企业的选址原则、原料处理设备类型、成型系统和切坯运系统自动化设备的选取到自动化干燥室及焙烧窑炉设备的选用等方面详细阐述了砖瓦企业如何全方位的实现自动化，对砖瓦企业技术改造及产品升级换代有借鉴作用。

关键词：自动化；成型系统；焙烧窑炉；环保

1  前言

  国家经济结构调整和转型期间，二、三线城市受房地产产业低迷的影响，砖厂的经营举步维艰，随着人工成本增加和砖厂自动化程度的低下，使得砖的成本居高不下。提高砖厂的自动化程度，虽然建厂是投资大，但是考虑到以后工人越来越难招聘以及工人工资逐步提高的状况，高度自动化的生产线是未来发展的必然趋势。

   如今国家提出新工业革命的号召，就是要求各个企业要不断的自我创新和超越。就现在砖瓦机械行业发展来看，还没有达到全自动化的水平，不少企业都是在模仿，自主创新过少，都处于低层次竞争的状况。这就要求企业要有超前的目光和想法，跟上国家政策和发展的步伐。

2 砖厂实现自动化的前提条件

   目前，不少砖瓦企业还都是小型企业，自动化程度不高，就是改造好的生产线也是只有成型车间是半自动化的，原料车间和窑炉也没有实现自动化的控制，装卸也是如此。如果要实现自动化生产线的建设和运行，就要从这几个方面考虑。

2.1  人才要求

   从技术员构成来说，从事砖瓦行业的高端人才过少，现在的年轻人根本不愿意在砖瓦工厂工作。因为砖厂给人有环境不好印象和工资低等原因。而在西方国家，砖瓦工厂和其它工厂的环境基本一样，工厂内部的环境做得很好，再加上自动化程度高，用不了几个人，所以工资相对就高。一个高自动化程度的工厂，员工的素质就要高，技术水平要好，能够轻松操纵自动化设备和机器人的高科技设备。最现代化的控制系统和机器人的应用，可显著地提高产量和减少操作人员，但受限制的是操作或维修人员的知识水平和操作水平，他们没有很好地理解和掌握这些技术。

以笔者从事砖瓦行业这么多年的管理经验来说，对员工的培训非常重要，无论是技术上、思想上、安全上的培训都必须跟上高新技术的发展水平，这样才能让工人的操作和维修水平跟得上高科技工厂的发展要求。今后要项让那些大学或高职毕业的年轻人来到工厂就必须把工作环境和其它的条件搞好，培训工作做好，给技术人才以施展才能的空间，才能吸引那些有能力的年轻人来工作。

2.2 众多创新设备的出现

   如何能够达到可持续发展，就今年国家提出”大众创业万种创新的口号”就表明国家对创新的重视。从目前来看，我国的砖瓦机械设备的研发能力待提高，无论是工厂的工艺设计还是机械设备的设计都在细节上做得不够好，目前，由于机器人和可编程控制器的广泛应用简化了工艺流程，也提高了质量和产量，简化了工人的工作量。所以，我们不断提高设备和工艺设计水平和对细节的把握就能更进一步。根据不同地区的地质、水文、原料等因素来确定砖瓦工厂的整体工艺，使之不同的原料能有其相对应的最佳工艺设计，来做出最好的砖瓦制品。电子控制技术和机器人技术也在不断的发展，可以做出复杂动作的机器人的使用可以替代生产线上的数台设备，而且有高度的精确性。随着科技的不断发展，将来也会出现智能机器人可以代替人的操作，这也是将来的发展趋势。

2.3  环境保护

   将来越来越严的环境保护法会相继出台，这就要求现在的企业一定要重视环境的保护。在烧结砖瓦厂中最大的污染物来源是窑炉排出的带有燃烧产物的烟气，这些烟气根据制砖原料的不同，所排出的烟气成分也不同。黏土原料中可能含有氟、氯离子、二氧化硫、氮氢化物等有害物质，当它以氢氟酸、氯化氢、亚硫酸等物质排出时，它有助于酸雨的形成，而酸雨影响着生态系统。外燃燃料中的甲烷燃料燃烧后释放的一氧化碳和二氧化碳等温室气体及重金属的排放严重影响生态环境的保护。

粉尘的产生是由于原料破碎产生的，它首先影响人们的视觉，对人们的呼吸道系统有很大的危害。随着粉尘和压力的增大有粉尘爆炸的危险。所以，除尘系统是砖瓦工厂必须做好的事情，做好了不但环境和卫生条件变得更好，也减轻了工人的劳动强度，减少爆炸和对呼吸道疾病的影响，可以吸引更多的人来工厂工作。

2.4  节省能源

从环保和节约成本考虑，节省能源是必须考虑的。制砖行业是一个能源集中消耗的一个行业，无论内燃烧砖坯还是外投燃料烧砖都是能源消耗的过程，各种设备的运行也都要消耗电能等。现在利用窑炉余热给住宅供暖以及很普遍了，管理好的企业还可以降低能源的消耗。

3  现代化砖厂的设计和建设

现代砖瓦自动化生产线在设计和建设时，要考虑的十分全面，充分为客户考虑，做到工艺设计合理、投资区间合理、建设周期合理、人员配备合理等。

3.1  砖厂选址

     从工厂建设来讲首先要根据地域特点如天气、水文、地质等条件来考虑，另外，各个地方使用砖型的习惯和工人的操作习惯和特点都是要考虑到的。

     从天气方面考虑，南方雨水多，北方雨水少。南方就需要大的储料仓，北方就可以建小一些或不用储料仓，虽然北方相对南方少，最好也要建储料仓，一旦下雨也可以保持正常生产。

     工厂的选址应当根据当地的水文地质条件来确定。首先，考虑原料采集运输，工厂建设距离原料采集地越近越好，这样可以有效地节省运输成本，也可避免在运输中所发生的一些问题和意外事情。其次，从环保方面考虑，工厂应建设在城市的下风位，不至于让窑炉排出的烟气和灰尘吹到城镇当中去。在环保越来越严的情况下，建砖厂                                                                                        就必须上烟气回收和除尘系统，以达到国家环保要求。最后，从地质水文方面考虑，避免把工厂建设在水线上，因为有的地下水线浅，挖1m左右就会上水，这会给一些设备基础的挖掘工作带来困难，也给生产厂家带来麻烦，就得做防水，这就增加了建设成本，如果不作防水就得天天有人抽水，这样即耗费了人力物力又浪费资源，增加了生产成本。

3.2  工艺设计

工艺设计要根据客户的要求，首先进行实地考察，看看原料是否符合制砖要求，看工厂的占地面积和地质水文情况是否能做到三通一平等。

根据当地的市场砖型需求和客户要求实地采样，做原料的化学分析，确定原料的成分，其中，原料中含硫不得超过1%，原料中CaO和MgO的含量也很重要，如果含量高，制品会产生石灰爆裂。用该地原料做小样，通过小型挤出机生产出砖型小样，小样经过干燥焙烧，来确定原料特性，再确定生产的是空心制品还是实心制品。确定窑炉焙烧方式，是内燃掺兑还是外投燃料烧砖，确定后窑炉就可以定型设计。

3.3  原料外观设备选型

   小样品实验成功后，开始确定原料处理及成型工艺的设计。原料车间的工艺设计是从采集原料的地方开始、如果是内燃料砖就首先做出煤矸石或煤的发热量和塑性指数。外投原料烧砖主要是指用天然气或重油等燃料烧结制品，原料一般用页岩、黏土等，同样也首先要测定其塑性指数，如果塑性指数偏高就需要掺兑瘠化料来降低塑性指数，直到合适为止。原料的设备选型要符合工艺要求和客户的要求。原料车间的工艺是按照原料实验小样的粒度级配和原料成型水分确定原料生产工艺。根据原料的含水率和原料的颗粒度、莫氏硬度来选定粉碎机和过滤颗粒度的设备。原料的配比根据百分比质量可按产品特性设定，在确定的情况下最好使用板式给料机和电子秤合使用，在送入锤式粉碎机时，如果原料含水率高，在天气好的时候可以进行晾晒后倒入储料棚内，如果天气连续下雨那就需要通过内加热或者外加热系统来处理含水率高的原材料，使他们全部被粉碎。锤式破碎机和滚笼筛或者振动筛的结合是干制备的主要特点。过筛的原料经过双轴搅拌机用来湿化和搅拌原料后进入陈化仓。

原料要实现自动化控制，首先除尘设施必须光关，车间内灰尘小，可视度高才能实现自动化的控制，通过车间控制室现场的视频和PLC来控制。来自板式给料机的，通过电子秤或光电传感器来控制板式给料机的重量控制，让板式里的原料不超重板式上部应加上筛板，控制大块原料进入板式给料机，防止板式下料口堵料，影响设备正常运行。板式下料一定要均匀下料，不要让锤式破碎机因为下料过快而堵塞，造成锤式破碎机憋停，造成停机影响生产正常运行。在锤破机上料口处应加上传感器监控下料量，来让原料车间能够粉碎出按工艺要求细碎的符合颗粒级配的原料以满足下一成型工艺正常运转，一级搅拌要实现自动加水。锤式破碎机中是配件必须是耐磨件，这样就延长了设备工作时间，减少设备的维修维护时间，增加了粉料时间，提高工作效率。

3.4  成型设备选型

    成型的目的是给坯体足够的内聚力，通过机口能得到所要产品的形状。成型车间的设备按照原料的水分、粒度、塑性和产量来确定砖机是硬塑挤出、半硬性挤出还是软塑挤出。

成型想要实现自动化控制，首先要解决的是两级搅拌的自动加水，然后是把搅拌机和砖机的配件增加耐磨程度，延长设备工作时间。

切条机应该用多钢丝系统来切条。单钢丝切条机，钢丝经过坯条不断的摩擦会断，就得停机换钢丝，影响产量和生产连续性。切坯也是这样的问题需要解决。还有就是现在大多数的切坯机，经过推板推过空洞率高、薄壁的湿坯时湿坯都会产生变形，这个问题也亟需解决。

托辊用得多就会让坯体经过颠簸也会产生一定程度的变形，所以要尽量减少托辊的数量。坯体分缝时用托辊定位也存在一定的问题，这些都是需要解决的。

选择机器人与码坯机的问题。机器人的特点是故障率低，维护保养相对容易，但保养费用可能高一些，使用效率高还具有很高的灵活性。综合上面的优点，机器人的应用使规模和生产工艺相对简单的工厂使用机器人的可能性很大，这样可以减少投资。同时，建造工艺简单的工厂可以用较小的场地，同时还可以降低工厂的电耗和工作人员，这就相应的减少了工厂的运营成本。码坯机的优点是一次码数量多，保养费用低等，但在安装的时候，安装机器人比安装码坯机要方便的多。需要产量很高的工厂用码坯机可能会快一点，但是换砖型的时候会比机器人麻烦，比较慢，灵活性差。一般来说机器人适用于定位准确制品的码放，然而在很多时候，它又受到编组和输送系统的影响，尤其是处理大量制品的时候，对生产线的编组和输送系统的要求更高，所以，应用机器人的工厂其他配套设施要达到使用要求。

3.5  窑炉自动化的控制

窑炉系统分窑炉干燥焙烧系统和窑炉运行系统。窑炉运行自动化控制首先实行窑车能够自动运转，顶车机、拉引机、牵引机衔接合理，运行顺畅，才能达到自动运行的目的。其难点在于精确的定位，进车步数准确程度。这些因素决定了窑车到码坯机或机器人的码坯的准确性，以及到卸砖机定位的准确性。

控制窑炉运转系统的是由一些传感器和PLC实施控制的，它能够实现窑车自动进入干燥窑和焙烧窑，窑门自动开关。安装这些传感器定位一定要准确无误，使摆渡车和窑炉的衔接要准确，摆渡车的定位器定位准确，确保窑车在摆渡车上能安全运行。在检查坑处设置传感器，使窑车运行到指定检修坑的位置停止，进行车下检查和维护保养，窑车保养维修完成后完成码坯工作。窑车面上的碎砖渣和碎砖的清理工作，占用了不少人力和物力，要解决这个问题，首先要在成型车间把推坯机推过的坯体而产生的碎渣清理掉，码上车的坯体保持没有碎渣，这样就使窑车面干净整洁，碎砖渣也不会进入窑车面砖之间的缝隙当中，就很少因为热膨胀使面砖胀出，减少了车面的清理和维修工作。

窑炉的干燥焙烧系统是砖厂中能耗最大的设备。实现窑炉自动化（这里窑炉是指隧道窑）无论是内燃烧砖坯还是外燃烧砖，都是通过温度传感器、压力传感器、湿度传感器等与组态软件或PLC来实现控制窑内的温度压力等。内燃烧砖难点在于原料发热量的控制和确定焙烧温度曲线和干燥曲线要准确，才能把温度控制好，烧出质量好的制品，而外燃烧只要把焙烧和干燥温度曲线确定以后，通过组态软件控制烧嘴喷射天然气或其他燃料的量来控制温度。做好坯体干燥收缩率和膨胀率的预算，保证制作高质量的产品提供给客户。各个风机的风门用伺服电机控制，可以在控制室实现风门按角度控制开启。在给客户设计窑炉的时候，要考虑干燥和焙烧工艺要适合原料的性能，热工工艺要合理。

在窑炉设计中干燥的地位尤为重要。在焙烧之前成型后的坯体带有10%-30%的水分（是干基的情况下），在进入焙烧窑之前必须把坯体中的水分排出，坯体残留的水分不大于1%。干燥室是砖瓦制造中非常重要的一环，想要制造质量好的砖瓦制品，干燥必须小心谨慎的处理，如果在设计和操作中处理不当就会造成倒窑、坯体开裂、坯体变形等干燥问题，严重的影响砖瓦制品的质量和产量。目前设计的都对连续的均衡的生产，有着更低的干燥成本。实现窑炉自动化生产，就必须确定好干燥制度和干燥曲线，确保窑车是那个的码坯缝隙均匀，坯体的干燥质量好、无缺陷，这样才能实现坯体连续性的干燥和焙烧不停顿，才能进行自动化生产控制。焙烧窑同样是要避免出现倒坯和掉砖，过烧，生砖等影响连续性生产的不利因素。

3.6  卸砖系统

现在从社会发展的角度看，中国人口红利正在减少，年轻人将来很少会去做卸砖、码坯等重力工作，这就必须开发设计新的卸砖系统。卸砖系统并不是一个卸砖机那样的简单，因为它涉及焙烧时砖与砖之间的粘结，装车时砖与砖之间的空隙，这些问题都需要解决。通常无论是内燃还是外燃烧结都会存在砖烧现象，这就要求焙烧温度控制准确，不准出现过烧现象，尤其是内燃烧结转。粘结的砖垛可以用带有气动分离的卸垛机把粘结的制品松开，并把砖垛卸到运输系统上、用机器人或卸砖机把砖制品分层卸下，如果砖坯尺寸不规整可以通过打磨机，使制品的外观尺寸达到一致，然后合缝、码垛、打包装车等顺序，做好以上所述就可以实现卸砖的自动化控制。

4  小结

    只要我们多投入精力在工艺设计和设备研制上，大胆的创新，掌握好细节的把握，实现工厂完全自动化就为时不远了。在做好工厂自动化的同时也要更加重视环境的保护，只有好的生态环境和工作环境，才能让人们更加舒心地工作。真心希望有更多的工程师和技师们投入到这项具有创新的工作当中，为提高我们国家的砖瓦生产水平而努力奋斗。

 

 

 

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