現(xiàn)代化燒結(jié)磚廠工藝探討

孟永利  楊寰宇  鄧 磊

燒結(jié)磚在我國已經(jīng)有兩千多年-的歷史，現(xiàn)在應用仍很廣泛。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。工藝技術的革新帶動了工業(yè)裝備制造業(yè)的發(fā)展，大型化、自動化的生產(chǎn)設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。

對于目前已建或者在建的諸多現(xiàn)代化燒結(jié)磚廠來說整條生產(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)的原料主要有頁巖、煤矸石、粘土、粉煤灰以及一些工業(yè)尾礦。其中頁巖+煤矸石、粘土+煤矸石的搭配，由于原料來源廣，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)磚的原料由來久，但是由于粘土資源對農(nóng)耕的重要性，所以國家要求逐步停止粘土實心磚的生產(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度有了極大的提高。

在處理煤矸石和粘土為原料的過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—細碎錘式破碎機—振動篩（篩上料回錘破）；②粗碎破碎機—細碎錘式破碎機—振動篩（篩上料回細錘破）；③粗碎破碎機—細碎錘式破碎機—振動篩—篩上料進雷蒙磨（滾磨機）。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以保證下料順暢；而水洗煤矸石塊徑多小于200mm，對于此種煤矸石易采用粗碎破碎機，這樣可以提高粗碎處理量以便減小細碎破碎機的處理壓力。對于高硬度煤矸石原料最好采用回料進磨機的處理方式以便達到顆粒細度的要求。實踐證明：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行晾曬。

粘土的處理相對煤矸石來說沒有那么復雜，由于粘土的硬度較低，多選用對輥破碎機進行破碎處理。處理工藝通常是：①箱式給料機—普通對輥機—高速細碎對輥機；②箱式給料機—除石對輥—高速細碎對輥機；③箱式給料機—雙齒對輥機—高速細碎對輥機。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)過高速細碎對輥處理后與煤矸石細料按照一定比例混合，再進行加水攪拌。

對于這種原料處理方式的主要優(yōu)點是：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分開處理可以針對原料特點選擇合適的破碎設備。

1.2  頁巖+煤矸石的處理工藝

由于限制粘土使用，所以頁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。頁巖+煤矸石為原料生產(chǎn)出來的燒結(jié)磚制品有著強度高、外形美觀、易成型等優(yōu)勢得到廣泛的認可。

頁巖的種類較多，不同頁巖的物理化學性能都有較大的差別。頁巖按硬度可分為硬質(zhì)頁巖和軟質(zhì)頁巖，北方地區(qū)多為硬質(zhì)頁巖，采用的破碎工藝過程是：粗碎破碎機—細碎錘式破碎機—振動篩（篩上料回細錘破）。

由于頁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)線會將兩種原料混合破碎。由板式給料機供料，經(jīng)粗碎破碎機破碎，出料粒度在30 mm左右．粗碎原料通過刮板輸送機分料給細碎錘破進行細碎，出料粒度在5mm左右為細粉料。細粉料由皮帶送至篩網(wǎng)為3 mm的高頻振動篩進行篩分，篩下料送入雙軸攪拌機加水攪拌后送陳化庫陳化，篩上料通過皮帶運送回細碎錘破再粉碎。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)過加水攪拌過的混合料通過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。陳化庫根據(jù)原料的特性通常按照2 d～3 d的生產(chǎn)量儲存，陳化庫有利于成型原料供給的穩(wěn)定。

3  成型工藝處理

原料經(jīng)過陳化由多斗挖掘機從陳化庫取出，通過箱式給料機均勻供料至攪拌擠出機再進行加水攪拌。原料經(jīng)過2次加水攪拌后通過皮帶運送至磚機，由雙級真空擠出機擠出成型。

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。過去由于人工工資較低，所以碼坯多采用人工碼坯，人工碼坯對于操作人員的體力要求極高，勞動強度大，工作時間長。就目前國內(nèi)的主流發(fā)展方向來看，眾多新建項目已經(jīng)開始使用機械碼坯方式。目前針對一次碼燒的生產(chǎn)線主要有兩種機械碼坯的生產(chǎn)模式：碼坯機和機械手。

3.1  擠出機

由于機械碼坯設備的生產(chǎn)特性，目前在建的大多數(shù)磚廠在磚機下級增加了調(diào)頻設備，這樣可以滿足機械碼坯運行時的連貫性，減少磚機頻繁開啟所產(chǎn)生的泥條開裂等問題。

3.2  碼坯機

國內(nèi)的碼坯機起步較早、發(fā)展時間較長，目前來說技術也比較穩(wěn)定，受到眾多廠家的青睞。但是碼坯之前的編組系統(tǒng)的速度對碼坯機碼坯的速度有很大的制約，為保證產(chǎn)量還需對設備進行改進，以提高切碼運系統(tǒng)的整體速度。

3.3  機械手

相對于碼壞機來說機械手是近幾年才興起的，在國外的工業(yè)化生產(chǎn)中機械手已經(jīng)得到廣泛的使用，在國內(nèi)由于機械手的技術穩(wěn)定性以及價格的制約還是令許多廠家有所顧慮。機械手的優(yōu)勢主要體現(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的特點—通過近兩三年的改進，機械手的碼坯速度已經(jīng)有了很大的提高，已經(jīng)與碼坯機的碼坯速度相當。

4  運轉(zhuǎn)設備的應用

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)基本可以實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，現(xiàn)場的操作工人只需在兩三個關鍵點進行現(xiàn)場監(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。運行設備的自動化控制一直制約著全廠的自動化運行，由于運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特殊性，致使運轉(zhuǎn)設備很難在無人操作的情況下完成自動運行動作。

4.1  擺渡車

擺渡通常的運行速度為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，導致擺渡車行走軌道長度增加。擺渡車的行走速度已經(jīng)成為窯車運轉(zhuǎn)是否流暢的制約因素。

將擺渡車的電機改為調(diào)速電機，當擺渡車空車運轉(zhuǎn)時可以提高速度，這樣大大縮短了設備運行時間，使窯車運轉(zhuǎn)工序更加流暢。

4.2  回車線設備

就目前回車線上運轉(zhuǎn)設備布置情況來看主要有兩種方式：①鋼絲繩的牽引設備；②鏈條式牽引設備。

兩種方式比較來看鋼絲繩的牽引方式的設備少，投資低，拖拽靈活，是目前的主要運轉(zhuǎn)方式。但由于牽引電機的馬力限制，一般每次只能拖拽單窯車，容易導致運轉(zhuǎn)不暢。而為使運轉(zhuǎn)連續(xù)性提高，有生產(chǎn)廠家采用鏈條式牽引設備，但是由于造價要高出很多，所以沒有推廣。

有幾個項目采用了液壓推進及鋼絲拖拽的聯(lián)合處理方式，使得機械碼坯后的窯車入干燥室之間的行程可以很好的聯(lián)動控制，運轉(zhuǎn)也較為流暢，設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備增加遙控裝置，這樣可以讓操作人員就近現(xiàn)場跟蹤設備到位情況，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，高溫煙熱和車底空氣換熱，由管道匯總用引風機抽送到干燥室內(nèi)。熱氣流在干燥室內(nèi)是逆流運動的。設置了送風系統(tǒng)、排潮系統(tǒng)、測控調(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)多設計成平吊頂結(jié)構(gòu)。以全內(nèi)燃為主，不需外投煤。隧道窯預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。窯爐設自動控制系統(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，近些年自動卸垛設備也已經(jīng)得到了大多數(shù)生產(chǎn)廠家的認可。使用自動卸垛設備以及自動打包設備，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)真正成為一個現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)。

卸垛機將磚垛吊碼到水平輸送平臺上，由平臺輸送之廠房外，根據(jù)場地的實際情況由叉車或者建筑用塔吊等起重設備移送至堆場。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碼磚高度大幅度提高，節(jié)約了場地，目前是新興的運磚方式。

建筑業(yè)的大力發(fā)展帶動著其他行業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化燒結(jié)磚生產(chǎn)線的每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有了很大的技術革新，燒結(jié)磚行業(yè)正朝著自動化、大型化、集中控制化的方向大踏步地邁進。