1、前言

青砖是古建筑中最主要的建筑材料之一，具有强度高，抗冻耐腐蚀，持久不褪色等特点，同时赋予建筑物素雅沉稳，古朴宁静的美感。随着建设中国特色社会主义的完善和发展，我们对人居环境的更高要求，对古建筑修缮保护的更加重视和对传统建筑风格的传承发扬更加提倡，仿古建材愈加受到设计师或房地产开发商的青睐，成为建材行业一大亮点。

仿古建材正迎来新的历史发展机遇，仿古青砖的生产状况却让人忧患，至今绝大多数厂家仍保留小土窑生产的现状。随着我国环保形势日益严峻，有关部门出台了《关于加快烧结砖瓦行业转型发展的若干意见》，明令关停高排放高污染企业，坚决淘汰落后产能的土窑和轮窑，青砖生产企业面临严峻的考验，青砖生产工艺需要实现新的技术突破。

青砖生产工艺创新的历程艰难而曲折，长期以来砖瓦行业工作者们一直在探索和研究且取得一些阶段性的成果，早在20世纪50年代《建筑材料技术》杂志上发表过《关于利用隧道窑烧制青砖瓦问题的商榷》文章，20世纪70年代《砖瓦》杂志报道了北京某砖瓦厂发明了连续烧结青砖的工艺，2009年北京某建材公司发明了隧道窑结合钟罩窑连续生产青砖的新工艺，遗憾的是这些创新成果没有延续运转和达到技术推广的目的，笔者2018年上半年在安徽某厂研发一条生产青砖的隧道窑已顺利投产，在此结合自身实践，对运用现代工艺设备生产仿古青砖进行探讨交流。

2、青砖传统生产工艺分析

在青砖传统生产工艺中，用黏土制成砖坯，放在窑中焙烧，烧制过程中完全氧化时生成三氧化二铁呈红色，俗称红砖；然后加水冷却还原，使黏土中的铁不完全氧化则呈青色，即青砖。

青砖烧制前期和普通红砖是一样的，砖坯氧化烧结后在还原气氛下三氧化二铁生成氧化亚铁，在高温下氧化亚铁与二氧化硅生成青色的硅酸亚铁玻璃相，因为氧化亚铁极不稳定，在300℃以上容易二次氧化，所以青砖必须在缺氧的状态下一直冷却到无法再次氧化的温度直至出窑。

我们祖先在当时一无电力、二无机械，科学尚不发达的条件下，创造发明了下水饮窑的这个简单实用工艺。因为水渗入窑内遇高温产生大量的蒸汽，在窑内形成正压，窑内正压隔绝了外界空气的侵入，确保了砖瓦在缺氧的气氛中一直冷却到无法再次氧化的温度，完成整个返青工作。

在传统观念中，下水饮窑似乎有给人一种神秘的感觉，有些人认为青砖返青是在下水饮窑过程中发生的，其实它和还原反应没有关系，只是起了一个无氧冷却的作用，这在国外生产青砖不用水而是氮气得到佐证。

3、青砖现代生产工艺研究

从整个砖瓦生产工艺过程来说，主要有原料制备、坯体成型、湿坯干燥和成品焙烧四部分，原料是根本，成型是基础，干燥是保证，烧成是关键。这四部分是互相依存关系。青砖生产工艺创新突破的瓶颈是烧成，因为青砖独特的生产工艺中还原烧成和无氧冷却，在国内现代连续式窑炉同时实现还原烧成和无氧冷却是一个新的课题。

现代陶瓷砖瓦窑炉主要有梭式窑、辊道窑和隧道窑：梭式窑作为一种间歇窑，具有生产安排灵活，占地面积小，投资少等特点；但是产量有限，生产周期长，能耗高；适宜于一些厚大类，小批量，附加值高的产品。

辊道窑在建筑陶瓷行业中广泛应用，具有高效节能，自动化度高等特点；因为是快速烧成，原料成型处理要求严格，坯体入窑水分和烧成制度比较单一，最近一些厂家采取干法成型的工艺，辊道窑烧制的青瓦在抗冻性方面达不到要求，所以辊道窑适宜于大批量、薄小型、品种单一类制品。

隧道窑在陶瓷砖瓦行业中广泛应用，除了高效节能、自动化度高等连续窑的特点，同时因为窑车装载方式可以多层装载，适用产品范围较广，合适的烧成周期，尤其适用于青砖厚重类制品。区别于传统砖瓦隧道窑，现代隧道窑主要组成：窑体、窑车（窑具）、燃烧系统、排烟系统、冷却系统、测控系统和附属设备。现代隧道窑的工作系统特点：

a．不用冷却带直接流入烧成带的窑道风作为助燃空气，因为使用高速烧嘴，助燃空气完全进入烧嘴，与燃料混合燃烧后，焰气喷入窑内，不需要另行供给补充空气。

b．烧成带设置多个小功率的烧嘴，在两侧垂直和水平交错排列，这样有利于均匀窑温，调节烧成曲线和气氛浓度。预热带下部两侧设置水平交错排列的小功率高速烧嘴和调温搅拌风嘴，以利于均匀预热带截面温度和调节升温曲线。

c．排烟孔比较集中小分散式布置在窑头，有利于充分利用烟气热量。

d．冷却带一般都分为三段；急冷段、缓冷段及低温冷却带。多采用直接冷却方式，从两侧垂直和水平交错布置冷却风喷口，喷入高带冷却风，造成强烈的横向气流循环均匀冷却制品。热风侧由窑顶分散抽出。因此冷却以横向循环气流为主。纵向气流较少。

无论设计或操作隧道窑，窑炉工作者要充分了解制品的烧成工艺过程及要求，并根据这个过程和要求制订合理的烧成制度，以确保满足烧成工艺的要求。

根据青砖传统生产工艺特点，整个烧成工艺的关键环节是还原烧成和无氧冷却，这也是隧道窑烧制青砖需要解决的问题所在。

众所周知还原烧成，南方地区很多日用陶瓷隧道窑采用的就是还原焰烧成，青砖的还原反应机理与日用陶瓷是一样的，即还原性气体与三氧化二铁反应生成氧化亚铁。日用陶瓷还原烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。

温度制度：在各阶段应有一定的升（降）温速率，防止制品内部温度分布不均匀，其膨胀和收缩程度不同，产生应力导致制品变形或开裂；在适宜的温度下应有一定的保温时间，以使制品内外温度趋于一致，皆达到烧成温度，保证整个制品内外烧结。

气氛制度：指窑内含游离氧或一氧化碳和氢气的情况，在氧化和还原阶段应保持一定的气氛浓度，以保证制品中的物理一化学过程的进行。全窑应有一个合理的压力制度，以确保温度制度和气氛制度的实现。

影响还原烧成主要因素一是燃烧器性能和燃烧状况；二是压力制度是否合理，窑道内预热升温区、烧成还原区、冷却区，任何一个区段的压力变化都会引起其他区段的压力变化，各区段窑压平衡和稳定是控制还原气氛的关键所在，窑内压力的变化都会使气氛发生波动，同时导致温度也不稳定。

根据笔者研发青砖隧道的实践，青砖的还原烧成的效果主要与还原温度、气氛浓度及还原时间有关，在一定的温度下气氛浓度越高，还原时间越长，还原效果越好即产品色泽越青，甚至呈青黑色。

无氧冷却在陶瓷砖瓦隧道窑中还是一个新的课题，国外先进的青砖隧道窑有采用氮气直接喷入冷却带对产品直接降温实现无氧冷却，可是制氮及附属设备的投入费用和后期生产成本都比较高。因此，这种工艺不太为一些砖瓦企业所能承受。

如何在隧道窑中实现无氧冷却，笔者借鉴砖瓦隧道窑中余热利用的技术，在研发的青砖隧道窑中采用余热锅炉换热间接冷却和蒸汽再循环系统，生产实践取得比较理想的效果。

余热锅炉换热的主要特点：

a．锅炉水管外侧与窑内制品辐射换热，产品温度与水管之间的温差很大，因此传热很快，钢质水管的热阻又很小，锅炉水管内侧与水的换热则是沸腾换热，换热系数比较一般空气换热系数大几十倍甚至上百倍，所以总的传热系数很大，换热效率很高。

b．因为是间接冷却，冷却带压力制度平衡，对烧成还原区的温度和气氛干扰很小。

c．余热锅炉产生的高压蒸汽，再次打入窑内起到平衡窑内压力的作用。

笔者研发的青砖隧道窑，产品还原烧成后约1000℃，通过余热锅炉换热间接冷却，产品降至约500℃，再使用余热锅炉产生的蒸汽维持窑内压力，直至出窑温度约180℃。

砖瓦生产工艺过程中原料是根本，近年来随着一系列政策的出台和环保执法力度的趋严，砖瓦原材料成为砖瓦企业生存和发展的一大制约，青砖长期以来采用黏土做原料，大量浪费土壤资源、破坏生态环境，现在政府已经明令禁止使用黏土制作砖瓦，黏土制作砖瓦将成为历史，砖瓦企业原材料改革势在必行，对于那些曾经习惯使用黏土原料的砖瓦生产厂家来说，原料的更改会带来一些新的技术问题，因为原料的矿物组成和物理性能决定着砖瓦制品的原料制备、干燥、烧成的工艺要求，这也是青砖生产厂家予以重视的问题。

4、结论

根据上文所述，青砖生产工艺创新之路一个不断探索和突破的历程，在无数砖瓦行业工作者的努力下取得一系列突破性的成果。青砖即是传统建筑文化的标识，也是地方性的仿古建筑材料，生产工艺受到很多地域性因素的制约，青砖现代生产工艺在研制和推广中仍有一些差异化的技术问题有待我们去探讨和突破。

在我国砖瓦行业进入转型发展时期和传统建筑文化正在复苏的浪潮中，青砖行业面临考验和机遇，砖瓦行业工作者们既要抓住机遇，又要迎接挑战，加快对青砖生产工艺的研究，融合现代工艺设备的设计理念和技术手段，研制出符合我国国情、科学先进的青砖生产工艺，实现传统技艺的传承，推动青砖行业的可持续性发展。来源：中国砖瓦工业烧结技术信息中心