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窑炉知识

隧道窑设计的有关问题【麟工窑炉】
时间:2021年01月05日    点击:次    来源:窑炉

煤矸石烧结多孔砖、空心砖是节能型墙体材料的一种,主要代替实心粘土砖用于永久性建筑。由于该产品具有自重轻、强度高、良好的承载抗震性能,具有优良的保温、隔热、隔音特点,在使用时,施工周期短,综合造价低,因此有着广阔的市场。这种烧结砖的使用对于保护和节约耕地、治理环境、缓和能源危机、提高建筑功能、改善居住条件、实现住宅产业现代化有着重大的现实意义。

煤矸石成分中多为粘土岩、灰质岩,成分以粘土矿物为主,本身又含有一定的发热量,实际焙烧时,基本可以不用外投煤,利用自身的热量进行焙烧而成,因此,利用煤矸石作为原料烧成建材产品——煤矸石烧结多孔砖、空心砖,基本不需要燃料,属于节能项目。目前,采用国内外性能优良、技术先进的设备和技术已完全可以生产承重和非承重煤矸石烧结多孔砖、空心砖,并广泛用于建筑设计和施工中。

从20世纪50年代起我国就生产多孔砖、空心砖。主要产品有240mm×115mm×90mm、240mm×180mm×115mm、240mm×240mm×115mm等几种规格,孔洞率比较低,在15%~30%之间,由于受当时经济形势和技术状况的影响,未能形成规模,多孔砖、空心砖的产量一直不大,但还是在不断发展。进入20世纪80年代后,随着国民经济的发展,在砖瓦生产方面大功率、高性能的挤出机已大量应用,小断面二次码烧技术、一次码烧大断面隧道窑技术、码坯机及切码自动控制技术得到了广泛的应用,真空半硬塑挤出工艺已成为主流技术,砖瓦生产技术水平及生产装备的技术水平已经有了很大的提高,20世纪80年代末,随着国家经济政策的变化及对建筑节能的重视,为多孔砖、空心砖的发展带来了机遇,我国又开始了多孔砖、空心砖生产技术及生产装备的研究,生产的主要产品有承重系列KP1型(240mm×115mm×90mm)(26孔),孔洞率25%,190mm×90mm×90mm(19孔),孔洞率25%,非承重系列240mm×90mm×240mm(三孔),孔洞率50%,190mm×190mm×190mm(小9孔),孔洞率53%,240mm×190mm×240mm(大9孔),孔洞率53%,290mm×190mm×190mm(12孔),孔洞率54%。进入20世纪90年代,空心砖的生产技术及装备已经有了更进一步的提高。

1.煤矸石制砖的原料性能

煤矸石制砖,到目前为止虽然工艺上和技术上都比较成熟,但是与一般粘土砖相比,还需要一些特殊要求和生产工艺。用来制砖的煤矸石必须符合一定的技术要求。根据煤矸石的成分、性能的不同,制砖的工艺条件也有很大的差异,就全国而言,大部分煤矸石原料可以烧制全煤矸石砖,原料的化学成分和物理性能基本上能满足制砖的要求,但有些煤矸石原料就不能生产全煤矸石砖,主要情况一是煤矸石不烧结,这种原料单纯从化学和物理性能上很难判断能否适应全煤矸石制砖,必须进行烧成试验;其二是发热量过大的煤矸石,当烧成每千克煤矸石中制品原料热含量超过指标时,就会加长烧成周期,降低劳动生产率,出现黑心过重现象,使产品质量受到影响,特别是抗冻性能难以达到要求,发热量太大的煤矸石在生产中将难以控制焙烧温度;其三是低塑性煤矸石将难以成型。对于以上三种煤矸石必须配入其他组分才能制得质量良好的砖。

各地的煤矸石由于所处地层的不同,煤矸石的化学组成和物理性能也有很大的差别,作为制砖原料的煤矸石应符合下列要求。

1.1化学组成要求

煤矸石原料的化学成分及其对制品的影响。

a.二氧化硅SiO2。含量不宜高于70%,超过此含量时,煤矸石原料的塑性大为降低,制品的抗压抗折强度也较低。含量过高,在砖坯进入高温阶段,会发生爆炸现象,严重影响砖的完整面及合格率。

b.三氧化二铝Al2O3。含量以15%~25%为宜。低于15%时,制品的力学强度较低;高于25%时,虽然制品强度较高,但将会提高焙烧温度。

c.三氧化二铁Fe2O3。三氧化二铁的含量一般控制在2%~8%。其含量小于1%时,砖呈黄白色,其含量大于9%时,砖将成酱红色或酱紫色。其含量与砖的外观颜色深浅成正比关系。但其含量过高时,焙烧后的砖表面将会出现铁斑或铁瘤,影响砖的外观。

d.氧化钙CaO。最好要求氧化钙的含量在2.5%以下。含量过高时将缩小烧结温度范围,给焙烧操作造成困难,其颗粒较大时更易形成酥砖或引起制品的石灰爆裂。含量过高时,还会导致坯体在焙烧过程中的严重变形

e.氧化镁MgO。一般要求含量在3%以下,越少越好。其化合物硫酸镁在制品中会产生一种白色的泛霜,影响制品的质量。

f.硫酐SO3。含量一般不应超过1%,越少越好。硫酐在焙烧过程中的逸出,是制品发生膨胀和产生气泡的原因。其他的含硫化合物也对制品有害,如硫酸钙能引起制品泛白和泛霜,硫酸镁能引起制品泛霜和膨胀。硫含量过高时,其形成的亚硫酸,将严重腐蚀窑炉以及管路、窑车、风机等金属件。

g.煤矸石化学组成应符合表1各项规定范围。

表1煤矸石化学组成允许含量

如果超过表中范围,一般就需采取配料或其他措施来调整。

1.2物理性能要求

a.加工性能。为了便于粉碎,要求煤矸石的普氏硬度在4以下。

b.粉料粒度。煤矸石的粉料粒度越细,制砖的质量越好。使用较细的物料,可以增加可塑性,增加结合能力。通常空心砖原料的最大粒径应小于2mm,粒径0.5mm以下的颗粒应占65%以上。

c.发热量。煤矸石是砖的内燃能量的主要来源,因而要求煤矸石的发热量适中。如果太低,会出现欠火砖,必须掺加一些发热量高的煤矸石或煤。如果发热量太高,又会造成砖的焙烧变形,出现较严重的黑心、压印以及砖内部玻化程度不够等问题,致使砖的强度下降,抗冻性不良。内燃焙烧适宜的热值为400kcal/kg~600kcal/kg,热值过大将会影响产品质量.

d.可塑性。可塑性与煤矸石的性质和细度有关,一般最佳塑性指数为10~12,塑性指数低于6,就很难成型,可掺入塑性高的粘土或页岩,把塑性指数调整到6~9或者更高些。塑性指数大于13,物料粒度过细,成型时需要较高含水率,我国多数煤矸石的塑性指数在7~12。

e.熔点。煤矸石是多种无机物的混合体,这些混合物没有一定的熔点,只有一个熔化的范围,根据目前窑体结构、有关设施的各种材质情况以及经济效益计算,熔点控制在1250℃以下为宜。

f.干燥敏感性系数。一般控制煤矸石的干燥敏感性系数在2以下,越小越好。

2煤矸石烧结砖生产工艺

用煤矸石生产烧结砖时,可根据原料性能的差别和建厂投资额的不同选择,投资额高时,选择机械化、自动化程度较高的生产工艺;投资额低时,选择机械化、自动化程度较低但能满足制品质量要求的生产工艺:

 2.1煤矸石烧结砖生产工艺流程(一)

原料→粗锤式破碎机→皮带输送机→板式给料机→皮带输送机→锤式破碎机→皮带输送机→高频振网筛→皮带输送机→双轴搅拌机→皮带输送机→可逆配仓皮带机→陈化库→多斗挖土机→皮带输送机→箱式给料机→皮带输送机→双轴搅拌挤出机→皮带输送机→双级真空挤砖机→切条机→切坯机→自动码坯机→窑车运转系统→隧道式干燥窑→摆渡车→隧道式烧成窑→自动卸坯→成品检验→出厂

2.2煤矸石烧结砖生产工艺流程(二)

原料→料仓→振动给料机→皮带输送机→粗锤式破碎机→皮带输送机→锤式破碎机→皮带输送机→高频振网筛→皮带输送机→双轴搅拌机→皮带输送机→陈化库→人工取料→皮带输送机→箱式给料机→皮带输送机→双轴搅拌挤出机→皮带输送机→双级真空挤砖机→切条机→切坯机→运坯机→人工码坯→隧道式干燥窑→摆渡车→隧道式烧成窑→人工卸坯→成品检验→出厂

煤矸石烧结砖的工艺流程不局限于上述两个流程,也可是上述两流程的有机结合。

2.3煤矸石原料破碎工艺及设备的选择

2.3.1原料的破碎工艺

从制砖原料的破碎粒度来讲,产品品种的不同,对原料粒度也有不同的要求。对砖瓦工业来说,大致可分为两大类:一类是普通实心砖和低孔洞率的多孔砖(孔洞率小于30%);另一类是多孔砖和高孔洞率的非承重空心砖。前者的破碎粒度可控制在2.5mm以下,破碎可采用二级破碎,第一道采用颚式破碎机,第二道采用锤式破碎机或风选锤式破碎机。对于生产多孔砖和高孔洞率的非承重空心砖来说,要求原料破碎后的粒度小于1.5mm,要达到这样的破碎粒度要求,可采用二级破碎或三级破碎。二级破碎可采用下列工艺方案:先将矿山原料破碎到40mm~50mm左右,再用颚式或粗锤式破碎机,最后再到锤式或风选锤式破碎级,将原料破碎到所需要的粒度。若对制品有更高的要求,可再加一道带磨削装置的细碎对辊机,原料的粒度可控制在1.5mm以下。对于某些塑性不太好的原料,破碎后再加上陈化处理,就可以满足非承重空心砖的生产要求。从我国现有的设备破碎情况看,以上两种破碎工艺还是可行和比较经济的,也是近几年较普遍采用的破碎工艺。

2.3.2破碎设备的选择

(1)粗锤式破碎机

粗锤式破碎机具有将煤矸石、页岩和其他中硬性原料的粗碎和中碎合二为一的功能。大块物料(直径小于500mm大于100mm的物料)进入粗碎腔后,首先被横梁挡住,然后承受高速旋转的板锤的冲击,被破碎成直径小于100mm的物料后进入中碎腔进行破碎,而原料中小于100mm的物料直接进入中碎腔,进入中碎腔的物料受到板锤的打击、受到反击板的撞击以及物料之间的相互撞击而破碎。破碎机除了具有底筛板外,还具有前后两个排料通道,合格的物料在离心力的作用下及时排除。

粗锤式破碎机适用于破碎平均直径≤500mm的物料块,破碎比一般为4~6,在个别情况下也可用来破碎尺寸较大的物料块。砖厂可使用粗锤式破碎机对原料进行粗碎,为二级破碎做准备。

 (2)锤式破碎机

这种破碎机主要靠铰接的快速回转的锤头的冲击力来进行破碎,按结构形式分有立式、卧式、单转子、双转子等几种形式,出料处大部分设有固定的筛子,用户可以根据自己的需要选用合适的筛子来控制原料粒度。

该种破碎机适宜破碎脆性物料,如煤矸石、页岩等,对于很坚硬的料或粘性料不适用,单转子的破碎比一般在10~15,双转子的可达20~30,其对原料的含水率要求很严,一般不宜超过8%,若含水率过高易堵筛孔而不出料。

 (3)笼式破碎机

笼式破碎机是由两个向不同方向旋转的笼构成,每个笼有2~3圈钢条,钢条位于通心圆周上并且和钢盘的回转面垂直,每个笼安装在它自己的轴上,彼此互补相关地转动着,两轴中心线是在同一直线上,然而两笼套装互不干涉。使用时物料由装料斗进到两个彼此相对的笼子的中心部分,料块首先遇到最内圈的钢条,与钢条猛烈撞击而被破碎,然后在离心力的作用下,被抛到下一圈钢条上,此时物料被撞击的方向与上一次相反,如此进行下去,直到物料通过所有全钢条为止。

笼式破碎机适宜破碎软脆性料,不适宜破碎坚硬料。工业炉渣、干粘土、页岩、中硬煤矸石等原料适宜使用笼式破碎机破碎。

2.3.3原料的陈化处理工艺

原料的陈化处理工艺就是把磨细的加入适量水分的原料放置在封闭的陈化仓内,使原料颗粒湿润、疏解,增加其稳定性,改善原料的成型性能、干燥性能和焙烧性能,达到提高产品质量的目的。据测试证明,用陈化4d的原料制砖,产品的干燥废品率可以减少12%,焙烧废品率可减少6%,原料的塑性指数可提高1.2。

陈化均化库形式与投资、规模以及原料情况有关,实际生产中常用下面4种形式陈化库。

(1)隔仓堆放装载机取料陈化库(侧面取料)

这种陈化均化库采取在车间内地面以上进行间隔的方式,三面为隔墙,一面敞开,每个隔仓的大小一般按一天或半天的原料用量来设计,隔仓的数量按原料需陈化的时间长短来确定,其布料一般为圆锥形堆料,采用胶带输送机刮料或者采用一条可逆配仓皮带机定点卸料,料堆点在料堆纵向中心线上,首先定点堆料成一圆锥形料堆,然后刮料设备前移或可逆配仓皮带机前移一段距离,停下堆第二层,第二层料的形状是覆盖于圆锥一侧的一个曲面,之后再前移、停下、堆料,直至堆料完成,这种布料方式多用于物料的成分波动不太大,对均化要求不太高的场合。其取料,一般采用装载机侧面取料将原料送入下道工序的箱式给料机中。这种陈化均化库一般在年产量小于3000万块的中小型砖厂使用。

(2)隔仓堆放人工取料陈化均化库(基本为端面取料)

这种陈化均化库与上一种布料方式相同,其间隔采用四面均设隔墙的方法,厂房不考虑装载机的工作空间,建筑面积小,存料量比上一种多,陈化效果也因与空气接触少而比上一种好,由于采用地下胶带输送机出料,其基础工程投资高于上一种,其剖面形式见图1。胶带输送机上方的地面处留出料口,并盖上盖板,当出料时,将盖板拿掉,原料会自然溜下一部分,然后通过人工将原料扒到出料口,并卸到胶带输送机上。此设计虽然工人劳动环境较差,但工人劳动强度低,生产动力消耗少,总体投资不大,对于年产6000万标砖的烧结砖厂,每班只需两人就可以达到生产要求,因而,这种陈化库在一般的中小型砖厂得到广泛的应用见图1。

图1隔仓堆放人工取料陈化均化库

(3)纵向挖料陈化均化库(侧面取料)

此陈化均化库其平面布置见图2,剖面形式见图3,该设计厂房宽度一般是按照相邻的成型工段的厂房模数宽度为基准,根据国产多斗挖掘机的尺寸大小,尽量缩小无用空间,使库存原料最多,宽度一般以18m为宜;根据多斗挖掘机仰角为30°,俯角为20°的特点,将料库设计成半地下式,厂房高度在10m以下,可逆配仓皮带机平台高度在8m左右,这样多斗挖掘机的斗架长度可以在10.6m左右,可以使陈化均化库库存量最多。该设计平台采用外探悬挑的形式,并在背面设计皮带走廊,既保证了落料要求,又使陈化均化库比较稳定;有的设计采用在厂房屋架下弦悬吊平台的做法,存料量有所减少。其布料基本都采用了圆锥形堆料方式,个别工厂采用了人字形堆料,它同圆锥形堆料不同的是,堆料机以一定的速度从一端移动到另一端,在这过程中就堆完一层,返回时堆另一层,如此往返移动,一层层往上堆料,直至完成堆料作业,这两种堆料方式所需的堆料设备都比较简单,但缺点是物料中粗细颗粒离析现象较严重。其取料采用多斗挖掘机,只需一人操作多斗挖掘机,减轻了工人的劳动强度,提高了工作效率,现在,国内比较现代化的烧结砖厂大多采用了此种陈化均化库。根据需要也可在料库纵向方向上将料库间隔为多个单料库。

图2纵向挖料陈化均化库平面布置

图3纵向挖料陈化均化库剖面形式

(4)交叉挖料陈化均化库(端面取料)

这种陈化均化库的布料一般采用波浪形(或称锯齿形)堆料,堆料点位于料堆纵向的若干条平行线上,堆料设备先在料堆底部的整个宽度内堆成若干相互平行而又紧靠着的、横截面为等腰三角形的条带。继续堆料时,将等腰三角形间形成的波谷填满,并形成新的波谷,如此不断地填满波谷直至完成堆料。这种堆料方式可以减少堆料时的粒度离析现象。该陈化均化库的布料方式一般采用在料库纵向上使用一条可逆配仓皮带机,在可逆配仓皮带机两端的横方向上分别采用一条可逆配仓皮带机的方式。其出料采用夯车式多斗挖掘机,挖斗在料库宽度方向上左右移动,均匀取料,将原料倒入与夯车式多斗挖掘机固定在一起,可以与夯车式多斗挖掘机在料库纵向上移动的胶带输送机上,再输送到料库一端沿纵向布置的胶带输送机上,并输送到下一个工段。该陈化均化库布料设备需悬吊在厂房屋架的下弦,对厂房的要求比较高,增加了建筑造价。其料库根据工艺布置的需要,一般采用半地上式设计,地面以上部分在4m左右,原料除上部外,基本都处于封闭状态,原料的陈化效果很好,料库的四面均有隔墙,料库利用效率特别高。交叉挖料陈化均化库采用全自动匀速运行控制,它将在以后的自动化程度比较高的大型工厂中逐步得到广泛的应用见图4。

图4交叉挖料陈化均化库

2.3.4煤矸石烧结砖的成型工艺

成型是将陈化好的原料经过双级真空挤出机加工成具有一定强度,有很好的外观形状,尺寸又准确的泥条,然后经过切条机、切坯机切割成所要求尺寸的砖坯。成型时要严格控制挤出压力和真空度,只有保证较高的挤出压力和真空度,才能够保证挤出的泥条具有较高的强度和较好的外观形状。切坯机的每一次切割动作必须准确,运行平稳,不使坯体受损。对于煤矸石烧结砖来说,要求双级真空挤出机的挤出压力最低达到1.5MPa,真空度达到80%以上。如果生产高质量的承重烧结砖或薄壁制品,则要求双级真空挤出机的挤出压力最低达到2.2MPa,真空度达到88%以上。而且,原料的塑性越差,要求的挤出压力和真空度越高;原料的塑性越高,要求的挤出压力和真空度可以稍微低一些。

煤矸石烧结砖成型常见的问题为坯体强度较低,切坯后坯体容易变形,成型密度不够,烧成后强度较低,切割尺寸不稳定,导致制品尺寸偏差较大。形成坯体强度较低的原因是原料含水率太高,挤出机的挤出压力较低,泥条本身强度不高,切后坯体强度自然不会高。解决的办法是降低成型原料的含水率,提高挤出机的挤出压力。引起坯体成型密度不够的原因是原料的级配不是十分合理,成型时挤出机的真空度不够,解决的方法是调整原料中粗、中、细颗粒所占比例,使其达到合适的级配关系,增加挤出机的真空度,使挤出过程在较高的真空度下完成。导致切割尺寸不稳定的原因是切条机和切坯机切割钢丝固定不准,不能使每一次切割的泥条和坯体大小一致,解决的办法是校准钢丝位置并做很好的固定,让推头每一次回位都准确无误。

2.3.5煤矸石烧结砖的干燥工艺

(1)选择合理的干燥介质温度、湿度、流速

干燥介质的温度、湿度、流速不但影响坯体的外扩散速度,而且影响水分在坯体内部的内扩散速度。而在整个干燥过程中排除自由水后,坯体收缩阶段干燥速度才由外扩散速度决定。因此,在保证干燥质量的前提下,要加快干燥速度,实现坯体在干燥室中的快速干燥,必须根据不同原料的干燥性能,采用与之相适应的温度、湿度和流速。高敏感性原料就比低敏感性原料要求有较低的温度和较高的湿度。

根据理论计算和生产实践证明,干燥室中干燥介质的热工参数应该在以下的范围内选择。

进干燥室干燥介质的温度120℃~150℃

排出废气温度35℃~45℃

排出废气的相对湿度 90%~95%

干燥室内干燥介质的流速1.5m/s~4.5m/s

(2)干燥介质温度曲线、湿度曲线的调整

在坯体干燥过程中,对温度曲线、湿度曲线的要求是:随着坯体干燥时间的增加,温度逐渐升高,相对湿度逐渐降低,中间不要有突变。因为温度、湿度的突变,必然要引起表面脱水的突变,从而导致坯体开裂。

温度、湿度曲线在产量一定的情况下,主要由干燥室送风结构来调整。一般情况下,可通过调节送风段长度来调节温度、湿度曲线,送风段长些,干燥室内温度升高就快些,但容易在干燥室内形成马鞍形温度曲线,影响干燥质量;送风段短些,温度变化较平缓,升温就慢些。但是如果送风段太短,一方面延长了干燥周期,降低了干燥质量,另一方面,出车端冒出的热气体增多,坯体温度升高,导致热损失增大,并且恶化劳动条件。干燥室温度曲线、湿度曲线的调整可以从以下几方面进行:①整支热风道内各部分送风量;②采用分段送风方法;③变热风支道断面尺寸。

(3)控制干燥室零压点的位置

干燥室零压点的位置由送风量、排风量、干燥室内码垛位阻力和坯体的干燥性质决定。在正常情况下,应当维持零压点的位置固定不变。当零压点位置向进车端移动时,有两种情况:一是干燥室排风量减小,这时进车端相对湿度增大,脱水减慢,严重时使坯体面产生裂纹;另一是送风量增大,这时进车端温度升高,相对湿度降低,使坯体进干燥室后急剧脱水产生裂纹。当零压点位置向出车端方向移动时,也有两种情况:一是送风量减少,另一是排风量增大,这样同样会使干燥室干燥坯体时坯体出现裂纹。因此在干燥室正常生产的情况下,零压点位置要保持相对的稳定。

(4)干燥周期的确定

坯体干燥周期的长短决定于下列因素:①原料性质:原料的干燥敏感性大小,临界含水率高低。②坯体性质:坯体形状、尺寸、成型水分、干燥残余水分高低。③干燥室结构:能否使干燥室的任意横断面上的坯体得到均匀干燥。④干燥介质:介质的温度、湿度、流速影响干燥周期的因素较多,难以用计算的方法确定,一般均通过实验确定之。

如果①坯体形状、尺寸已定;②干燥室结构不变;③干燥介质的温度、湿度、流速变化不超出规定范围;④坯体成型水分和残余水分波动不大。则坯体的干燥周期可视为仅与原料的干燥敏感性有关。

根据众多砖瓦厂的实践经验可以得出,干燥敏感性与干燥周期的大致关系如下:

干燥敏感性系数:

K<1干燥周期12h~20h

K=1~1.5;20h~26h

K=1.5~2; 26h~32h

K>2;32h~48h

2.3.6煤矸石烧结砖的烧成工艺

(1)烧成设备的形式

目前煤矸石空心砖的焙烧窑炉一般分为三种:轮窑、直通道三心拱轮窑、大断面平吊顶隧道窑。近年来,隧道窑焙烧技术得到较快发展,特别是大断面平吊顶隧道窑的设计和使用,正在不断走向成熟和完善。

a.轮窑。轮窑是一种连续式焙烧窑炉,它在我国当前中小型砖瓦厂普遍使用。轮窑的焙烧空间为环形隧道,隧道内设有横隔墙,隧道外侧等间距的开有窑门,通常从门数来表征轮窑的规模。砖瓦码放在焙烧道中,成为固定不动的坯垛。煤从窑顶的投煤孔投入燃烧,“火焰”沿隧道连续不停的运转。“火焰”的前面连续装窑,后面烧成的产品不断出窑,所以轮窑是一种连续窑。来自冷却带经过砖垛加热的高温气体供焙烧带燃料燃烧,焙烧带燃料燃烧的产物——烟气经过预热带,能充分地预热砖坯,使排出的烟气温度较低(约100℃~150℃)。

b.直通道三心拱轮窑。直通道三心拱轮窑是在传统型轮窑的基础上开发出来的。它的主要特点是:①上拱平缓,烧成时窑断面温差小,热气流阻力低于传统轮窑,火行速度快,产量也高于传统轮窑;②支烟道和主烟道基本上在地平面以上,减少了地下工程,省去了弯窑部分,易施工,烧成操作方便,不受地形限制,可灵活布置;③实现机械化装出,减轻工人劳动强度,避免了装出窑高温作业;④与大断面平吊顶隧道窑相比,造价低廉。

c.大断面平吊顶隧道窑。大断面平吊顶隧道窑是煤矸石空心砖生产中先进的窑型。和其他窑型相比,它具有产量大、产品质量好、节约燃料、劳动生产条件好和改善劳动条件等一系列优点,在发达国家,大断面平吊顶隧道窑较为普遍,我国近年来随着新型墙材的发展,大断面平吊顶隧道窑数量不断增加,水平也在不断提高,相继建设了不少断面宽度分别为4.6m、6.9m、和9.2m隧道窑。

(2)合理温度制度的制定

温度制度以温度曲线表示,它表明在烧成过程中温度随时间的变化关系。温度曲线一般分为四个阶段,即由预热升温、最高焙烧温度、保温时间和冷却曲线所组成。温度曲线应根据制品在焙烧过程中的物理化学反应特性、原料质量、泥料成分、窑炉结构和窑内温度分布的均匀性等各方面因素等综合确定。

a.预热带缓慢升温砖坯慢速脱水。根据砖坯的干燥情况,确定隧道窑第一个车位的温度。因为隧道干燥窑的热风入口温度控制在105℃~120℃,因此,第一个车位的温度应严格控制,不超过100℃~105℃,而以后5~6个车位的温度就要缓慢升温。砖坯在300℃以前的低温阶段的升温速度是关键,在此温度范围内主要是排除坯体内的残余水分。如果在此阶段升温过快,坯体内的水分急剧蒸发,产生过热蒸汽的压力,会造成坯体开裂,一般为表面裂纹,严重时会造成坯体爆裂,甚至发生砖坯塌车事故。

按窑炉窑内温度的划分,低于600℃属于预热带,当坯体水分排出后,在500℃前可以较快升温,一般升温速度可以控制在80℃/h左右,但在573℃时,由于β-石英转化为α-石英,同时产生0.8%的体积膨胀,所以此阶段要特别注意缓慢升温,以防止制品产生裂纹。

b.焙烧温度和保温。煤矸石烧结砖的最高烧成温度一般定为1050℃。但是在较低温度下,较长时间的保温也可以完成对烧成的要求。最高焙烧温度适当低些,高温车位多些,保温时间长些,使燃烧的热量能够得到充分的利用,制品烧成比较均匀,这种焙烧方法叫做“低温长烧”也叫“小火分散烧法”。

焙烧温度较高时,容易发生砖坯软化,特别是砖垛下层的制品可能变形和熔结。砖坯中的细粉微粒在800℃以后开始产生液相,随着温度的升高,液相增多,出现可塑变形现象,在900℃以后物化反应则剧烈进行。因此,在高温阶段升温速度也应缓慢,以利于物理化学反应进行的比较均匀完全。

为了使砖坯中理化反应能得到充分的进行,以及保证制品内部和外部都获得一致的烧结,当焙烧到最高温度或略低于最高温度时,根据砖的烧结性、窑炉温度的均匀性和高温阶段的升温速度等,保温4~8h。

c.冷却控温防止冷裂。烧结砖伴随着制品的冷却而产生正常的收缩现象。当温度在800℃左右时,坯体中约有50%的粘性很大的高温熔液冷却成玻璃态,因不均匀或过快冷却产生一定的应力会被制品的可塑变形作用而抵消。就产生裂纹而言,这时的应力对制品并无危害。但制品进入冷却带后,温度低于800℃,可采取的冷却速度,完全取决于制品的弹性性质和机械强度。因此,在中温阶段,因砖体与气流温度差逐步缩小,冷却速度很慢,可以加快冷却。

制品在冷却阶段要特别注意两点:一是制品从焙烧带进入冷却带之后,冷却的速度很快,当制品在573℃时,又因α-石英转化为β-石英的同时,产生体积收缩,所以在此阶段必须缓慢冷却,以避免制品产生裂纹;而在400℃以下时虽然可快速降温,但是在230℃时,又因方石英产生快速体积收缩,所以这时若冷却过快,制品也会产生裂纹。



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