1.1 概述

我国自20世纪70年代开始探索使用小断面隧道窑烧结砖，断面一般为1.75~3.3m，通过几十年的摸索，在这方面积累了非常丰富的经验，因此小断面隧道窑的产量较高。

大、中断面的隧道窑（4.6m以上）在我国出现也就有二十多年的历史，真正大范围推广也就是十几年的时间。尤其是6.9m、9.2m、10.4m隧道窑，推广时间更短。目前以6.9m隧道窑使用量最大，达200余条；9.2m隧道窑国内只有几十条，算不上大范围 ；10.4m隧道窑只有一条，还没有推广。“断面越大提产越困难”，好像已成为砖瓦行业的共识。甚至再一次砖瓦会议上，有为专家发言时直截了当地把大断面隧道窑判了“死刑”，说起码暂时不能上，何时能上？好像暂时还无法预期。他的理由是：通过调查，几乎所有使用大断面隧道窑的砖厂都严重亏损；而使用小断面隧道窑的砖厂都盈利。利用是否盈利来衡量隧道窑的选型，固然有其道理，但总体看来，未免有失偏颇。使用大断面隧道窑的砖厂确实有严重亏损的。但这有其深层次的原因：凡是这样的砖厂绝大多数是国有企业，机制不活、管理落后、当地新型墙材价格偏低，是亏损的主要原因；投资大、单位折旧成本偏高是其次原因。但在河南、安徽等新型墙材价格较高的省份，有十几家使用大断面隧道窑的砖厂，实现盈利的起码占50%，有的投资回报率达20%以上。

不论多大断面的隧道窑，在保证产品质量的前提下，实现高产、高效是扭亏为盈的关键。总结新型墙材厂能否盈利为三句话：市场是前提，质量是保证，达产是关键。在市场价格合理、质量稳定的前提下，要想实现盈利，必须尽快达到或超过设计产量。绝大多数砖厂制约产量的关键环节是窑炉，而决定窑炉产量的关键因素是“车行速度”（轮窑称火行速度）。出车速度快，产量自然就高；反之，产量就低。

1.2  6.9m和3.06m隧道窑参数对比

表1以6.9m平吊顶隧道窑的某些参数（山东泰安某设计单位设计）和3.06m微拱隧道窑（山东淄博某设计单位）相比较（均为一次码烧）：

以上数据对比说明（以下用大断面隧道窑代表6.9m窑，用小断面隧道窑代表3.06m窑）：

（1）大断面隧道窑高宽比小（0.2058），小断面隧道窑高宽比大（0.5216）；

（2）大断面隧道窑比小断面隧道窑长23.2m；

（3）大断面隧道窑单位断面积大（1.42㎡/m），小断面隧道窑单位断面积小（1.16㎡/m）；

（4）大断面隧道窑单位断面积最大通风量小[12739.3m³/（h·㎡）]，小断面隧道窑单位断面积最大通风量大[14655.5m³/（h·㎡）]；

（5）大断面隧道窑单位断面积设计年产量高（612.37万块/㎡），小断面隧道窑单位断面积设计年产量低（481.93万块/㎡）.

1.3 用流体力学原理分析

流体力学原理告诉我们：通风通道断面越接近于圆形时，其通风阻力越小。大断面隧道窑因断面呈扁平状，采用同样长度和同样码坯方式时，其通风阻力要比小断面隧道窑（断面呈半圆拱形）大得多，因此，同样的操作方式，小断面隧道窑车行速度肯定要快得多。

窑炉越长，其通风阻力就越大，车行速度就越慢，提高产量难度就越大；反之，窑炉越短，其通风阻力就越小，车行速度就越快，提高产量就越容易。大断面隧道窑比小断面隧道窑窑长17.9%（23.2），所以，其车行速度慢，产量难以提高。

窑炉宽度方向单位断面积大，说明其单位宽度码坯量大，单位宽度产量就高。这是大断面隧道窑单位断面积比小断面大22.4%，同样的车行速度和码坯密度，其产量就高。这是大断面隧道窑的优势，也是其设计产量高的真正原因。

窑炉单位断面最大通风量也是衡量车行速度的一个重要指标。通风量大，砖坯燃烧强烈，车行速度就快，反之就慢。大断面隧道窑设计最大通风量只有小断面隧道窑的87%，总风量少13%，因此在相同条件下其行车速度要慢的多。

窑炉单位断面设计产量高，产量难度就大，超产就更困难；反之，达产就顺利，超产也容易。大断面隧道窑单位断面设计产量比小断面高27%，所以其达产难度大，超产就更不容易；小断面隧道窑很容易就可达产，超产也是很平常的事。

综合以上说明，五项指标中，大断面隧道窑只有一项（宽度方向单位断面积）占优势，其余四项都处于劣势。这说明大断面隧道窑达产和超产的难度要比小断面隧道窑大得多。

现场生产实践也很好的证明了这一点。生产KP1型多孔砖为例，对比其行车速度（现场各调查10家）：6.9m隧道窑最快可以达到75min/车，3.06m隧道窑最快可以达到45min/车，其车行速度分别为3.48m/h、4 m/h，后者比前者快14.9%。

1.4  提高大断面隧道窑产量的因素

经过多年生产实践探索与对国内几十家砖厂现场服务的经验总结：大断面隧道窑达产难度较大，超产更困难；而小断面隧道窑达产很轻松，超产更不稀奇。那么，如何提高大断面隧道窑的产量呢？在排除管理方面的原因外，窑炉设计与操作是制约产量的关键因素。

1.4.1 窑炉设计

要想提高大断面隧道窑的产量，首先应该把好设计关。

（1）窑炉高度

窑内高度不应低于1.4m（自窑车台面设计），即设计码90砖14层以上。

最初，我国的一次码烧隧道窑设计高度都小于1.2m（90砖12层），但随着国内硬塑制砖设备性能的不断完善，一次码高14层已不成问题。2005年某某公司在大断面隧道窑试验码高14层成功后，近年先后推广了30多条该型窑炉，运行良好。单条窑炉设计年产量也从原来的5000万块提高到6000万块。但考虑到底层砖的质量和坯垛的稳定性，最高不应超过16层。

（2）窑炉长度要适中

窑炉设计长度不宜超过130m，一般页岩窑炉100~110m即可，煤矸石砖窑炉110~120m即可。窑炉长度是影响车行速度的关键因素。我们知道，轮窑一部火一般12~15个窑室，总长度60~70m，我国20世纪70年代建成的大批小断面隧道窑长度也在70~90m之间，其产品质量也是达标的。在这方面设计单位好像走入了误区，认为断面大，窑就应该长。其实，窑炉断面和长度没有什么必然的联系，窑的长度应该取决于砖坯原料的性质。诚然，长一点的窑炉对提高产品质量有好处，但产品质量并不是随着窑炉的长度不断提高的。所以，窑炉的长度不宜过长，能保证产品质量就可以了。太长的窑炉只能制约产量。山西煤矸石砖厂6.9m隧道窑长达180m，生产四年多都无法达产，最快出车速度为每天13车。这个教训是值得我们借鉴的。

（3）窑炉的顶、侧间隙不宜盲目扩大

为了窑炉的运行安全，一般顶间隙都大于90mm，侧间隙都大于100mm。小断面隧道窑曲封砖和窑内墙是平齐的，面大断面隧道窑曲封砖比窑内墙凸出40mm，相当于人为增加漏风断面0.095㎡（按码高14层计算），按平均流速6m/s计算，每小时漏风量达2056m³。小断面隧道窑两侧没有多余的间隙，所以其车行速度就要快一点。大断面隧道窑曲封砖凸出40mm是为了保护窑内墙，但这么多年实践过程中，也没有多少家小断面隧道窑内墙因为没有曲封砖凸出来保护而被频繁碰坏的。因此，大断面隧道窑的侧间隙没有必要盲目扩大（顶间隙因为考虑到主梁跨度大，要产生一定挠度，所以其间隙不宜随意缩小。

（4）窑炉的通风设施设计时应尽量使其运行阻力最小化

①主管和支管管径宜粗不宜细。管径粗一点其运行阻力小，尤其是支管，一些含硫原料容易使其内表面结垢，影响通风量。稍粗一点能使这种不利影响减少到最小化。

②排烟风机与窑体之间宜近不宜远。

③各种管路弯头越少越好。

④严禁“卡脖子”现象。管路直角拐弯和突然变细都会严重影响通风量，必须坚决杜绝。

⑤排烟闸阀最少7对，一般应以9对为宜。排烟闸阀少，窑炉调节困难，给生产操作带来诸多不便。而且，如果支管的断面积之和略大于或等于主管断面积，用闸后其有效通风面积会比主管小得多，使通风阻力增大，风机运行电流上升，增加电耗。原则上排烟支管断面积之和最少是主管断面积的1.5倍。（详见砖瓦杂志2008年第8期《浅谈隧道窑的用闸》）

⑥风机选型时风量富裕系数应该尽量大一点。

⑦配套干燥窑尽量长一点，以确保干燥效果就越好。干燥效果好。干燥效果好，为焙烧窑快进车打好了基础。

1.4.2  窑炉操作

（1）码坯宜稀不宜密

操作轮窑的老前辈们总结出了提高轮窑产量的有效措施：稀码快烧。这一理论也同样适用于大断面隧道窑。但因轮窑和隧道窑存在着本质上的差别（坯与窑的相对静止和相对运动），所以，其码窑密度的计算方法也存在着差别。轮窑一般稀码标准为220~250标块/m³，折KP1砖129~147块/m³。对轮窑而言，250标块/m³已经属于“稀码”了，但对大断面隧道窑而言这一密度就属于“密码”，因其顶、侧、坯垛间隙面积已经占横断面积的比例达到10%左右，而轮窑没有这些间隙。所以，隧道窑断面越大，其稀码的标准就应该越接近这一经验数值（220~250）的下限。6.9m隧道窑稀码的密度为130~140块/m³（KP1型）。

有的砖厂为了提高产量采取密码的办法，实际上这是非常错误的。码坯密度大，通风阻力大，预热带升温缓慢，高温带难以控制，进入冷却带温度又降不下来，想快出车又造成高温带后移，而且坯垛中间很容易过火，产品质量无法保证。俗话说：“三三得九不如二五一十”。每车码3000，每班能出3车，就不如每车码2000，每班出5车。

砖坯码完后要求坯垛前后对齐、间隙一致，整车坯隙能够通亮。这样通风就顺畅，车行速度就快，产量就容易提高。但人工码坯做到这一点很难，码坯工最少要通过3~5年的锻炼才能达到这种熟练程度，最好采用机械码坯。

（2）热值适中，不宜过高

热值太高，产品容易过火，窑内高温带向前后延长，高温点温度超高，威胁窑顶安全；冷却带降温困难，若强制降温，则制品产生冷却裂纹，影响质量。所以高热值不能提高产量。轮窑操作理论中提出的“低热值稀码快烧”工艺可供我们借鉴，但热值从高到低要逐步降低，不要企图一蹴而就，如果热值忽高忽低，结果可能适得其反。一般新建大断面隧道窑砖坯热值400kcal/kg就可以了，窑炉保温效果好的360~380kcal/kg也可以。

（3）侧间隙和坯间隙应尽量小

为了让空气充分助燃，我们希望所有的空气都从坯体中间通过。轮窑没有相对运动，可以把侧间隙和顶间隙缩小到“零”，而隧道窑因窑车和窑体的相对运动，为了窑体的安全，就必须保留顶侧间隙。为了减少中间过火和砖坯收缩造成的拉裂，大断面隧道窑还必须在坯垛横断面中间留设2~3道纵向间隙。这些间隙使一部分空气“悄悄溜走”，做了无用功。尤其侧间隙危害严重，因为隧道窑的排烟支管大多设计在窑墙的两侧，这就为漏风提供了便捷的通道，所以两侧漏风最严重。

窑炉通风率V（坯垛横断面通风总面积与窑通道断面积百分比）是衡量车行速度的一个重要指标。通风率越大说明砖坯间隙越大，码坯密度越小，通风阻力就越小，车行速度就越快。根据多年的生产经验，窑炉通风率每提高1%，车行速度可以提高2~3%。以6.9m隧道窑为例，码坯量为6300块（KP1型）时，以39块打底，分三垛，垛间隙为95mm，侧间隙为100mm，顶间隙为90mm，这是窑炉通风率V1=25.92%；而在同样码坯条件下，将侧间隙缩小为50mm，坯垛间隙缩小为30mm，这是窑炉通风率V2=29.05%，V2比V1提高3.13%，车行速度应最少提高6%；若保持侧间隙100mm、垛间隙95mm和顶间隙90mm不变，而将码坯量由6300块减至5796块（以36打底），则窑炉通风率V3=30.73%，V3比V1提高4.81%，车行速度最少提高9.6%，总产量也会有所提高（5796/6300/90.4%=101.77%），产品质量会明显改善，可有效减少中间过火、裂纹等缺陷。若在此条件下，再将侧间隙缩小为50mm，坯垛间隙缩小为30mm，这时窑炉通风率V4=34.56%，V4比V1提高8.64%，车行速度最少提高17.3%。设码坯量6300块时，出车速度为85min/车，则日产量为106722块；车行速度提高17.3%时，出车速度为70.3min/车，日产量为118731块，产量提高11.25%。原设计年产6000万块的窑炉，其设计年产量最少应能达到6750万块/年。

（4）生产多孔砖的孔洞率应尽量大

砖坯孔洞率越大，壁越薄，砖坯越容易着火，燃烧的速度也越快，车行速度也就能提高。以6.9m隧道窑为例，生产KP1型多孔砖时（孔洞率25%~30），其出车速度最快75min/车，而生产大孔型空心砖时（孔洞率45%~55%），出车速度可以提高至50min/车。

（5）操作好干燥窑，确保干燥质量

干燥是焙烧的基础，要想烧好砖首先要将砖坯干燥好，要想快出砖，更是要把好干燥关。轮窑要求砖坯入窑前残余含水率低于6%，很多人把这个标准应用在隧道窑上，实际上这是不科学的。因为轮窑可以提前装窑，依靠窑体的余热和纸挡的漏风对预热带之前的砖坯进行二次干燥，尽管这个时间不是很长，但对砖坯排除残余水分仍然起到很关键的作用。隧道窑的长度是固定不变的，进入隧道窑的砖坯就要纳入预热带，没有多余的时间对砖坯进行二次干燥；另外轮窑的火行速度一般都小于2.5m/h，而隧道窑的车行速度一般都大于3 m/h；所以不能用同一个标准来要求残余含水率。根据我们多年经验，进入焙烧窑前砖坯的残余含水率最大不能超过2%，越小越好，否则很难实现快进车的目的。

（6）合理用闸

可参见砖瓦杂志2008年第8期《浅谈隧道窑的用闸》，此处不再复述。

总之，要想提高大断面隧道窑的产量，窑炉必须设计合理，操作技术必须过关，只有实现这两条，窑炉才有可能达产。如果再有科学管理，大断面隧道窑超设计产量运行是可以实现的。