現(xiàn)代化燒結(jié)磚廠工藝探討
孟永利 楊寰宇 鄧 磊
燒結(jié)磚在我國(guó)已經(jīng)有兩千多年-的歷史，現(xiàn)在應(yīng)用仍很廣泛。隨著建筑業(yè)的興起，燒結(jié)磚行業(yè)也得到了極大程度的發(fā)展。由早期的土磚窯、輪窯．發(fā)展到現(xiàn)代化的隧道窯技術(shù)。工藝技術(shù)的革新帶動(dòng)了工業(yè)裝備制造業(yè)的發(fā)展，大型化、自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備都逐步投入到制磚生產(chǎn)中使用。下面就目前燒結(jié)磚新型生產(chǎn)工藝的發(fā)展作以探討。
對(duì)于目前已建或者在建的諸多現(xiàn)代化燒結(jié)磚廠來(lái)說(shuō)整條生產(chǎn)線的布局模式已經(jīng)趨于成熟，若產(chǎn)品一定，則原料是影響選擇工藝模式的主要因素。
1 原料處理工藝的選用
目前可用于燒結(jié)磚生產(chǎn)的原料主要有頁(yè)巖、煤矸石、粘土、粉煤灰以及一些工業(yè)尾礦。其中頁(yè)巖+煤矸石、粘土+煤矸石的搭配，由于原料來(lái)源廣，成型條件優(yōu)越，產(chǎn)品性能優(yōu)良等原因，已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)燒結(jié)磚的主要原料。
1.1 粘土+煤矸石的處理工藝
粘土作為生產(chǎn)燒結(jié)磚的原料由來(lái)久，但是由于粘土資源對(duì)農(nóng)耕的重要性，所以國(guó)家要求逐步停止粘土實(shí)心磚的生產(chǎn)。而煤矸石作為煤炭行業(yè)的廢棄料隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展累積量越來(lái)越大并且很難消除。粘土+煤矸石作為燒結(jié)磚原料，既消化了煤矸石，又減少了粘土的使用，利于節(jié)能環(huán)保，而且使得成品磚的強(qiáng)度有了極大的提高。
在處理煤矸石和粘土為原料的過(guò)程中由于兩種原料的硬度不同，所以要分開處理。
煤矸石的處理工藝通常是：①顎式破碎機(jī)—細(xì)碎錘式破碎機(jī)—振動(dòng)篩（篩上料回錘破）；②粗碎破碎機(jī)—細(xì)碎錘式破碎機(jī)—振動(dòng)篩（篩上料回細(xì)錘破）；③粗碎破碎機(jī)—細(xì)碎錘式破碎機(jī)—振動(dòng)篩—篩上料進(jìn)雷蒙磨（滾磨機(jī)）。原料處理模式的選擇主要根據(jù)煤矸石的塊徑、硬度和礦物組成。煤矸石的取料主要分為采掘煤矸石和水洗煤矸石，多數(shù)采掘煤矸石的塊徑大小為200mm～500mm，此種矸石的粗碎一般采用顎式破碎機(jī)以保證下料順暢；而水洗煤矸石塊徑多小于200mm，對(duì)于此種煤矸石易采用粗碎破碎機(jī)，這樣可以提高粗碎處理量以便減小細(xì)碎破碎機(jī)的處理壓力。對(duì)于高硬度煤矸石原料最好采用回料進(jìn)磨機(jī)的處理方式以便達(dá)到顆粒細(xì)度的要求。實(shí)踐證明：煤矸石破碎粒度要求小于0.5 mm的不少于55％、2 mm~3mm的粒度在10％左右才能保證燒結(jié)空心磚的成型及焙燒。多數(shù)水洗煤矸石的含水率較高，在做破碎處理前最好進(jìn)行晾曬。
粘土的處理相對(duì)煤矸石來(lái)說(shuō)沒有那么復(fù)雜，由于粘土的硬度較低，多選用對(duì)輥破碎機(jī)進(jìn)行破碎處理。處理工藝通常是：①箱式給料機(jī)—普通對(duì)輥機(jī)—高速細(xì)碎對(duì)輥機(jī)；②箱式給料機(jī)—除石對(duì)輥—高速細(xì)碎對(duì)輥機(jī)；③箱式給料機(jī)—雙齒對(duì)輥機(jī)—高速細(xì)碎對(duì)輥機(jī)。工藝方案的選擇主要根據(jù)粘土中是否含有大量石子及粘土開采塊狀物所決定。粘土經(jīng)過(guò)高速細(xì)碎對(duì)輥處理后與煤矸石細(xì)料按照一定比例混合，再進(jìn)行加水?dāng)嚢琛?/span>
對(duì)于這種原料處理方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：①分開處理可根據(jù)原料的原始狀態(tài)采用不同的給料方式，使原料得到更好的破碎：②分開處理可以針對(duì)原料特點(diǎn)選擇合適的破碎設(shè)備。
1.2 頁(yè)巖+煤矸石的處理工藝
由于限制粘土使用，所以頁(yè)巖與煤矸石的搭配已經(jīng)逐漸成為主流原料生產(chǎn)燒結(jié)磚制品。頁(yè)巖+煤矸石為原料生產(chǎn)出來(lái)的燒結(jié)磚制品有著強(qiáng)度高、外形美觀、易成型等優(yōu)勢(shì)得到廣泛的認(rèn)可。
頁(yè)巖的種類較多，不同頁(yè)巖的物理化學(xué)性能都有較大的差別。頁(yè)巖按硬度可分為硬質(zhì)頁(yè)巖和軟質(zhì)頁(yè)巖，北方地區(qū)多為硬質(zhì)頁(yè)巖，采用的破碎工藝過(guò)程是：粗碎破碎機(jī)—細(xì)碎錘式破碎機(jī)—振動(dòng)篩（篩上料回細(xì)錘破）。
由于頁(yè)巖與煤矸石的原始狀態(tài)和物理性能相近，大多數(shù)生產(chǎn)線會(huì)將兩種原料混合破碎。由板式給料機(jī)供料，經(jīng)粗碎破碎機(jī)破碎，出料粒度在30 mm左右．粗碎原料通過(guò)刮板輸送機(jī)分料給細(xì)碎錘破進(jìn)行細(xì)碎，出料粒度在5mm左右為細(xì)粉料。細(xì)粉料由皮帶送至篩網(wǎng)為3 mm的高頻振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，篩下料送入雙軸攪拌機(jī)加水?dāng)嚢韬笏完惢瘞?kù)陳化，篩上料通過(guò)皮帶運(yùn)送回細(xì)碎錘破再粉碎。由于原料硬度不高,篩上回料量低于30％，使得細(xì)碎錘破的使用效率大大提高。
2 原料的陳化處理
原料陳化的作用是將經(jīng)過(guò)加水?dāng)嚢柽^(guò)的混合料通過(guò)靜置陳化作用使混合料粒度水分更加均勻，表面平滑，這樣大大提高了混合料的成型性能。陳化庫(kù)根據(jù)原料的特性通常按照2 d～3 d的生產(chǎn)量?jī)?chǔ)存，陳化庫(kù)有利于成型原料供給的穩(wěn)定。
3 成型工藝處理
原料經(jīng)過(guò)陳化由多斗挖掘機(jī)從陳化庫(kù)取出，通過(guò)箱式給料機(jī)均勻供料至攪拌擠出機(jī)再進(jìn)行加水?dāng)嚢?。原料?jīng)過(guò)2次加水?dāng)嚢韬笸ㄟ^(guò)皮帶運(yùn)送至磚機(jī)，由雙級(jí)真空擠出機(jī)擠出成型。
目前大多數(shù)已建或者在建的燒結(jié)磚廠的成型工藝大致相同。區(qū)別較大的是碼坯階段的改進(jìn)。過(guò)去由于人工工資較低，所以碼坯多采用人工碼坯，人工碼坯對(duì)于操作人員的體力要求極高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作時(shí)間長(zhǎng)。就目前國(guó)內(nèi)的主流發(fā)展方向來(lái)看，眾多新建項(xiàng)目已經(jīng)開始使用機(jī)械碼坯方式。目前針對(duì)一次碼燒的生產(chǎn)線主要有兩種機(jī)械碼坯的生產(chǎn)模式：碼坯機(jī)和機(jī)械手。
3.1 擠出機(jī)
由于機(jī)械碼坯設(shè)備的生產(chǎn)特性，目前在建的大多數(shù)磚廠在磚機(jī)下級(jí)增加了調(diào)頻設(shè)備，這樣可以滿足機(jī)械碼坯運(yùn)行時(shí)的連貫性，減少磚機(jī)頻繁開啟所產(chǎn)生的泥條開裂等問題。
3.2 碼坯機(jī)
國(guó)內(nèi)的碼坯機(jī)起步較早、發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，目前來(lái)說(shuō)技術(shù)也比較穩(wěn)定，受到眾多廠家的青睞。但是碼坯之前的編組系統(tǒng)的速度對(duì)碼坯機(jī)碼坯的速度有很大的制約，為保證產(chǎn)量還需對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以提高切碼運(yùn)系統(tǒng)的整體速度。
3.3 機(jī)械手
相對(duì)于碼壞機(jī)來(lái)說(shuō)機(jī)械手是近幾年才興起的，在國(guó)外的工業(yè)化生產(chǎn)中機(jī)械手已經(jīng)得到廣泛的使用，在國(guó)內(nèi)由于機(jī)械手的技術(shù)穩(wěn)定性以及價(jià)格的制約還是令許多廠家有所顧慮。機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在生產(chǎn)磚型靈活，碼坯速度調(diào)節(jié)性大以及碼垛變換性強(qiáng)的特點(diǎn)—通過(guò)近兩三年的改進(jìn)，機(jī)械手的碼坯速度已經(jīng)有了很大的提高，已經(jīng)與碼坯機(jī)的碼坯速度相當(dāng)。
4 運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的應(yīng)用
現(xiàn)代化的燒結(jié)磚廠從原料制備到成型碼坯上窯車已經(jīng)基本可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)的操作工人只需在兩三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，其他可由控制室集中監(jiān)控，這樣大大提高了人員的利用率，節(jié)省了很大一部分的人員開支。運(yùn)行設(shè)備的自動(dòng)化控制一直制約著全廠的自動(dòng)化運(yùn)行，由于運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特殊性，致使運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備很難在無(wú)人操作的情況下完成自動(dòng)運(yùn)行動(dòng)作。
4.1 擺渡車
擺渡通常的運(yùn)行速度為6m／min，現(xiàn)代大型磚廠由于隧道窯和干燥室的條數(shù)逐漸增加，導(dǎo)致擺渡車行走軌道長(zhǎng)度增加。擺渡車的行走速度已經(jīng)成為窯車運(yùn)轉(zhuǎn)是否流暢的制約因素。
將擺渡車的電機(jī)改為調(diào)速電機(jī)，當(dāng)擺渡車空車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以提高速度，這樣大大縮短了設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，使窯車運(yùn)轉(zhuǎn)工序更加流暢。
4.2 回車線設(shè)備
就目前回車線上運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備布置情況來(lái)看主要有兩種方式：①鋼絲繩的牽引設(shè)備；②鏈條式牽引設(shè)備。
兩種方式比較來(lái)看鋼絲繩的牽引方式的設(shè)備少，投資低，拖拽靈活，是目前的主要運(yùn)轉(zhuǎn)方式。但由于牽引電機(jī)的馬力限制，一般每次只能拖拽單窯車，容易導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)不暢。而為使運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)性提高，有生產(chǎn)廠家采用鏈條式牽引設(shè)備，但是由于造價(jià)要高出很多，所以沒有推廣。
有幾個(gè)項(xiàng)目采用了液壓推進(jìn)及鋼絲拖拽的聯(lián)合處理方式，使得機(jī)械碼坯后的窯車入干燥室之間的行程可以很好的聯(lián)動(dòng)控制，運(yùn)轉(zhuǎn)也較為流暢，設(shè)備投入也較之鏈條牽引方式減少很多。
在回車線上以及擺渡車線上的設(shè)備增加遙控裝置，這樣可以讓操作人員就近現(xiàn)場(chǎng)跟蹤設(shè)備到位情況，從而可以降低事故的發(fā)生率。
5 干燥、焙燒階段
5.1 干燥室
干燥室的熱源是利用焙燒窯冷卻帶的余熱，高溫?zé)煙岷蛙嚨卓諝鈸Q熱，由管道匯總用引風(fēng)機(jī)抽送到干燥室內(nèi)。熱氣流在干燥室內(nèi)是逆流運(yùn)動(dòng)的。設(shè)置了送風(fēng)系統(tǒng)、排潮系統(tǒng)、測(cè)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證了干燥室的熱工性能。
目前干燥室斷面分別為4.6m、6.9m、9.2m和10.04m。
5.2隧道窯
窯體結(jié)構(gòu)多設(shè)計(jì)成平吊頂結(jié)構(gòu)。以全內(nèi)燃為主，不需外投煤。隧道窯預(yù)熱帶與冷卻帶墻體采用紅磚砌筑。焙燒帶、保溫帶窯墻最內(nèi)層用粘土質(zhì)耐火磚砌筑，保溫層采用輕質(zhì)磚及巖棉氈，外墻用紅磚砌筑。窯頂部結(jié)構(gòu)：在進(jìn)出車端采用現(xiàn)澆混凝土頂板；在低溫帶、焙燒段，采用輕質(zhì)耐火混凝土板通過(guò)陶瓷吊鉤吊掛、或采用耐火吊塊吊掛，上鋪耐火纖維氈及巖棉氈組成的保溫層。
該隧道窯具有完善的排煙系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、車底壓力平衡系統(tǒng)、抽熱系統(tǒng)和檢測(cè)控制系統(tǒng)。該窯斷面大、產(chǎn)量高、斷面溫差小、保溫性能好。窯爐設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，焙燒熱工參數(shù)穩(wěn)定，保證了燒成質(zhì)量。
6 卸坯方式
與碼坯的情況相近，近些年自動(dòng)卸垛設(shè)備也已經(jīng)得到了大多數(shù)生產(chǎn)廠家的認(rèn)可。使用自動(dòng)卸垛設(shè)備以及自動(dòng)打包設(shè)備，不僅可以節(jié)約很大一部分人員工資的支出，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，使成型率以及產(chǎn)品的美觀程度得到很大的提高，打包產(chǎn)品也得到諸多建筑企業(yè)的稱贊，使燒結(jié)磚行業(yè)真正成為一個(gè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)。
卸垛機(jī)將磚垛吊碼到水平輸送平臺(tái)上，由平臺(tái)輸送之廠房外，根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況由叉車或者建筑用塔吊等起重設(shè)備移送至堆場(chǎng)。這樣可節(jié)約卸磚人員約50人，大大降低了人員工資的支出。
使用建筑用塔吊可使堆場(chǎng)碼磚高度大幅度提高，節(jié)約了場(chǎng)地，目前是新興的運(yùn)磚方式。
建筑業(yè)的大力發(fā)展帶動(dòng)著其他行業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化燒結(jié)磚生產(chǎn)線的每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有了很大的技術(shù)革新，燒結(jié)磚行業(yè)正朝著自動(dòng)化、大型化、集中控制化的方向大踏步地邁進(jìn)。
