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2014.8知识讲座科技纵横S C I E N C E & T E C H N O L O G Y轮窑内燃烧砖经验介绍何奔流 1,何劲波 2,朱雪梅 2(1. 徐州市新型建筑技术应用中心;2. 徐州市墙体材料行业协会)1焙烧原理 1.1砖瓦坯在焙烧过程中的变化 砖瓦坯在加热焙烧过程中会发生一系列物理 化学变化,其中包括排除干燥残余水分和化学结合 水、烧掉有机物、石英晶型转化、固相反应、生成新 的化合物。大约在 800左右开始生成共熔化合物, 一些黏土矿物熔融产生液相,随着焙烧温度的提高 及高温时间的增加,液相量增多,这些熔融的液相 量流入不熔黏土颗粒之间将其牢固地粘结在一起, 冷却时重新结晶而变成坚硬如石的砖瓦制品。由此可见,要得到合格的砖瓦制品必须有足够 的液相量,为此须建立一个合理的焙烧制度,保证 实现最终烧成温度及烧成时间,以获得优质产品。 1.2焙烧制度的建立焙烧制度包括温度制度和压力制度。 温度制度是由升温速度、最高温度及保温时 间、冷却速度组成。由于轮窑是连续性作业,火度 在正常生产中是以均匀速度不断行进着,所以控制 各带长度就是控制砖瓦坯体经受预热、焙烧、冷却 的时间。焙烧最高温度取决于原料性质和成分,原料土 组成不同,烧结性能也不同,出现液相的时间和多 少也不尽相同。一般 Al2O3、SiO2 含量高,黏土颗粒 粗,助熔剂 CaO、K2O、Na2O 等含量少则烧成温度高; 反之,则烧成温度降低。一般黏土烧成温度范围在 9301050之间。在最高温度下保温时间取决于 窑炉大小、坯体形状、厚度。一般窑容量大,坯体形 状复杂、厚度大、保温时间可长些,通常保温时间在 1.52h。同样的焙烧效果可从两种途径达到:一是快速 升温,烧成温度稍高而保温时间稍短;另一是慢速 升温,烧成温度稍低而保温时间稍长。在内燃烧砖 情况下采用后一种较好,有利于消除压花及黑心。压力制度是用沿焙烧道长度方向上各点气体 压力与大气压力差值来表示。为了使焙烧既有一定 火行速度,又不至于顶部砖始终处在负压之下影响 制品质量,窑内一般采用正负压的压力制度。焙烧 工利用调整风闸和打窑门来实现既定的压力制度。 在日常生产管理中,返火排数是某一种压力制度的 标志。在工厂正常生产中只要保持各带长度不变,最 高焙烧温度稳定和控制确定的返火排数就可持续 生产出优质产品。2轮窑烧砖与纵断面温度、弯窑焙烧和窑闸的应 用 .1轮窑纵断面温度的分布 我国的建筑类型多为砖混结构,根据国内目前 现状,除少数大型砖瓦厂采用隧道窑外,绝大多数 砖瓦厂采用轮窑烧砖。窑内纵断面温度可用同一原始记录,采用两种 方式来表示。一种是绘制“温度曲线图”(如图 1 ) , 用以说明预烧、焙烧、保温、冷却各带的升温、降温 速度以及不同高度上的温差;另一种方法是绘制“温 度区域图”(如图 2),用以分析砖坯在烧制过程中, 在轮窑不同部位的温度差异。现以某厂焙烧内燃砖时,窑内温度分布状况 (图 1 和图 2)为例进行如下分析。 (1)温度分布 基本条件 a. 轮窑规格:40 门轮窑,窑宽 3.8m,高 2.8m,窑 室长 5.5m;火眼纵向间距 1m;外侧支烟道,烟囱排 烟。b.码 窑:炕 腿 11条3行 高,第4层 横 带,一 直 一斜双立坯;坯身为直斜条,31 个头,中分,内外斜。 码窑表观密度为 267 块 /m3。c. 焙 烧:焙烧带 6 排 眼,火行速度为每昼夜 422014.8科技纵横S C I E N C E & T E C H N O L O G Y知识讲座预热带 温度热电偶插入 坯垛层高时间焙烧带保温带冷却带火行方向基于上述原因,窑顶部的砖内没有未燃尽的燃 料,也不会出现压花,但砖的强度偏低,经测量抗压 强 度 为 14.5MPa。 窑 顶 部 300 的 区 域 长 为 38 排 火眼;500 的区域长为 27 排火眼。最高温度为 920,停留时间 3h。窑中部温度(第 12 层坯垛温度) a. 由于全窑砖坯中的内掺燃料基本是均等的, 但窑中部砖坯放出的热量却不需向拱券、窑墙、窑 底、窑门等处提供损失的热量,全部用于砖自身的 烧成。加之投入的外燃煤大多挂在中部的坯垛上, 粉状的煤屑也在中部遇高温气流而剧烈燃烧,因而 窑中部内掺与外投煤同时燃烧,单位时间内燃烧强 图 1 温度曲线图度大,温度高。预热带焙烧带300区 500区保温带冷却带热工测温火眼位置900区1000以上区 窑拱蓄热作用揭火盖 坯垛层高 2625242322212019181716 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 23 层 12 层6层 2层 纸档支烟管图 2 温度区域分布图来自窑端的冷空气沿窑底流动28m,部火日产量 6.2 万块。 d. 燃料:每块内掺焦炭屑 88.5g,外投阳泉产粉 煤。内燃程度 85。 e. 测温仪表:采用 1.2m 镍铬 - 镍铝热电偶,毫 伏计。23 层温度自外边火眼垂直插入窑内 20cm 测 得,12、6、2 层温度自窑门水平插入窑内 70cm 测得。窑顶部温度(第 23 层坯垛温度) 由于气流分层的原因,高温气流不断上升,当达到砖坯中内燃料的燃点时,虽然此时尚未纳入焙 烧带,但燃料已在窑内上、中部的砖坯中开始无焰 燃烧,并不断放出热能,一面向窑拱传热,一面继续 提高窑中部和顶部的温度。当纳入焙烧带时,砖坯 中的内燃料已大部分燃尽,此时外投煤虽从顶部投 入,但窑上部挂煤甚少,因此在焙烧过程中窑顶部 温度难以大幅度升高。所以窑顶部砖坯虽然燃烧 时间最长,砖坯中内燃料燃烧得也最充分,但烧成 温度一直偏低(920)。在保温带和冷却带,由于窑拱蓄热的热辐射和 来自出窑端的冷空气推动热气体上浮,以及因揭火 盖造成高温气流对流等多种因素影响,使窑顶部的 砖温度下降缓慢。b. 窑中部升温速度快,由图 1 可见,自 800上 升到 1040,平均每小时升温 70,高温停留时间 4h40min,致使窑中部砖的表层过早地出现玻璃相 而封闭毛细孔,阻滞了空气进入砖坯内部参与内燃 料的燃烧,造成砖内的燃料助燃空气不足,形成质 地坚实的“黑心”。同样在砖坯间的接触面空气量 供应不足,致使局部呈还原性气氛,形成“压花”和 局部凹陷。c. 在一定条件下,还会出现“面包砖”。由于表 层过早出现液相,封闭了气孔,而此时砖坯内的固 相反应尚未完成,生成的气体难以通过高粘度的液 相逸出,随着温度的升高,气体的体积也逐渐增大 并产生较大的张力,在内部张力的作用下;使整块 砖隆起呈面包状。当此力大到一定程度,还能将砖 的表层胀破,气体溢出。d. 由于中部砖的烧成温度较高(1040),保温 时间又较长,因而强度较高。经测量,抗压强度为 20MPa。底部温度(坯垛第 6 层、第 2 层温度) 窑底温度分布的最大特点是预热时升温缓慢,后又急剧升温,最后快速冷却。432014.8知识讲座科技纵横S C I E N C E & T E C H N O L O G Y砖坯在预热过程中,蒸发出的水分不断扩散到 烟气中,既消耗热量,又提高相对湿度。温度低而 潮湿的烟气重度大,在风闸抽力作用下沿窑底向前 运行,严重时会造成炕腿的砖坯吸水而松软,甚至 塌窑。而在纸挡处形成凝水结露,更是雨季中经常 出现的老大难问题,出窑后该部分砖为哑音砖。在高内燃的条件下,外燃煤的投入只是一种补 充和调节。投入量很少,而落入窑底的量就更少, 对提高窑底的温度作用不大。由图 1 可见,从纳入 预热带至进入焙烧带的近 22h 中,第 2 层温度只有 110,第 6 层温度为 420,与窑顶的温度 900相 差了 480 和 790 。在纳入焙烧带 后,第 6 层在 30h 内由 420上升到 1000,平均每小时升温高达193.5;而在第 2层 3h内 111骤升到 860,平均 每小时升温为 250,由于高温停留时间短,内掺燃 料只有表屋至 1/3 处能参与燃烧,而砖中心部位的 燃料还未来得及燃烧就已进入降温过程。因而,严 格地讲,窑底部的砖基本上是只烧结了外壳的“生 心砖”。窑的底部温度在保温带下降最为明 显,在 9h20min 的过程中,第 6 层由 920降到 80,平均 每小时降温 90;第2 层由 890降到 65,平均每 小时降温 79。与此对比,在同一时间第 23 层温 度由 860降到 470,平均每小时只降温 42,降 温速度相差近 1 倍。冷却带由于降温基数过低,已 无实际意义。(2)改进烧窑方法 改变火眼间距排列 将火眼位置自中央向两侧外移(如图 3),以减 少向窑中部的投煤量,同时增大两侧热源,以弥补 窑墙散热的热损失。图 3 轮窑火眼间距示意 a 原轮窑火眼间距;b 改进后轮窑火眼间距改进码窑方法a. 采取脱空火眼码法,火眼间坯垛加密,装窑量 不减。两中火眼下码 4 块封门坯,关门烧,从而多 挂煤,以弥补窑拱的热损失。外边眼码向外倾斜的 封门坯,使投入的煤流向外侧,从而提高边部温度。 b. 重视炕腿部位的横向畅通,减小烟气进入哈风洞的阻力,以适应底部气流的运动。 c. 在采用脱空火眼的前提下,适当增加炕腿表 观密度,以防止“清底”过快。上部加头,增大砖坯 表观密度,以弥补拱顶热损耗。从而达到“上密、中 稀、底部适当加密”的内燃烧砖码窑原则。改进烧窑方法 a. 用细碎易燃的燃料引前部底火,中部少加,充 分发挥砖坯在高温焙烧时相互间的热辐射作用。适 时外投煤,尽量延长 1000以上高温停留时间。利 用后火的火势既保持中火不减弱,又保证底火不过 早“清底”,保持焙烧带经常有 8 排底火。b. 处在窑门位置的火眼要做出醒目的标志,以 加烧外边火,防止窑门出生砖。2.2弯窑的码窑与焙烧 烧结砖瓦的轮窑,大都由两个弯窑组成,弯窑 纵向中心线的末端又都设有窑门,称之为顶头门, 以顶头门为界分为上弯和下弯两段弯窑,由于建筑 结构上的原因,弯窑给焙烧造成一定难度。由于里弯短,外弯长,易造成里火快,外火慢, 里弯易出现冷却过快的现象,出弯时里外弯火行速 度差距较大。为了保持里外弯火行速均衡一致,必须在码窑 和焙烧操作上与直窑段有所区别,以保证正常的焙 烧制度。(1)弯窑的码窑形式 由于传统的码窑形式(弯窑)会造成火在窑内 不顺畅,不能完全适应焙烧操作的需要,而采用扇 形的码窑形式,可以满足焙烧的需要。它的特点是 适应性强(外燃、内燃、超内燃都适应),火行速度快, 操作简便。扇形码窑形式依然遵循里密外稀、上密下稀的 原则,斜条全部斜向外弯的方向,采用立炕腿,上码 直条、斜条、直条,再码直条、斜条、直条,直条(压茬) 往外斜直条到顶。在码窑时,每个弯窑可分为一拐、二拐、三拐不 等。所谓拐是指第一个坯架码完之后拉空,再码第 二个坯架时称之为一拐;再拉空,再码坯架时称为 二拐,以此类推(拐是拐弯之意)。442014.8科技纵横S C I E N C E & T E C H N O L O G Y知识讲座每拐坯架的数量、拉空距离的远近应根据内燃 掺量而定,外燃、内燃、超内燃烧砖的坯垛码窑数 量、拉空大小、拐数多少是有区别的。内燃掺量越 少,每个坯垛的码窑数量就要适当增加,拐弯减少; 反之,每个坯架码窑数量减少,拐数增加。拉空之后码下一个坯垛时,要平衡里外坯垛在 窑内占据的位置,里弯坯垛与坯架之间拉空要近一 些(100200
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