陈荣生 刘宗云

      贵州省建材科研设计院有限责任公司 贵州 贵阳 550007

摘要：“一次码烧”工艺中，湿坯码放窑车后，部分企业采用在车间内静停，一般静停时间约一天或更短，湿坯水分有所降低，然后进入直通道“一次码烧”干燥焙烧隧道窑，出窑后得到成品。此类工艺中，兼顾干燥和焙烧功能的隧道窑结构，对于产品质量和产量是否满足业主预期的目标要求，具有重要的影响。部分企业的干燥焙烧隧道窑设计，由于忽略现场条件、计算偏差、风机设置，使得此类干燥焙烧隧道窑操作难度增加、质量无法持续稳定，前后端工艺条件稍有变动，出窑成品欠火、裂纹、过烧、砖垛偏斜等等现象立即出现，产品质量得不到保证。

正是直通道“一次码烧”干燥焙烧隧道窑将湿坯干燥和焙烧功能集于一身，窑炉设计方案应确保窑炉结构设计合理、风机配置基本准确，否则，废品率较高，日产量目标很难实现。

同时，该类干燥焙烧隧道窑与前端工艺中原料性能、成型、机械码坯、静停时间；与后端出窑后成品卸车、成品窑车停车位数量，卸车方式；与脱硫系统风机运行的管理等方面，均有相互关联影响。因此，直通道“一次码烧”干燥焙烧隧道窑设计方案，窑炉结构不仅对全厂工艺条件要求高，还需要企业对成型与干燥焙烧、焙烧岗位操作、成品卸砖、窑车维修协调加强管理。

关键词：干燥焙烧窑结构性能、产品缺陷原因、解决措施

四川省青川县某建材有限公司，原为利用页岩、原煤，普通挤砖机和轮窑等设备，生产烧结普通砖，年产量仅仅2000万块，生产规模小、产品质量差，存在环境污染。 2017年，根据产业政策要求，确定进行升级技术改造。囿于当时轮窑生产工艺场地条件限制，该公司确定的技术改造方案为“大型机械化页岩破碎、筛分、陈化、高挤出压力双级真空挤砖机、自动切条切坯、自动化编组、大型机械码坯机组码放窑车、2条截面3.0米、长度117米 “免烘直烧隧道窑”（ 小型直通道“一次码烧”干燥焙烧隧道窑）和脱硫塔湿法治理烟气”的技术路线，技术改造目标设定为年生产规模达到5000万块普通砖。2018年9月技术改造完成，10月投产。

投产以来，日产量约14.2万块烧结普通砖，出窑成品中，欠火、裂纹、过烧、哑音、砖垛偏斜等等现象，在同一窑车上同时出现，废品率较高，产品质量持续波动，不能稳定好转。生产过程中，烧窑工为保证窑内高温段温度，常常增加外投煤量，使得万砖煤耗达到2.1吨左右，即便如此，产品质量依然没有好转，市场销售十分被动。针对企业工艺现状和产品质量缺陷，我们对原料构成、免烘直烧隧道窑结构及操作、生产计划进行分析并提出解决措施，在此基础上，实现产品质量的转变，产量提高。

1、工艺概况

A原料及制备

技术改造实施后，页岩和原煤，采用装载机配料，混合料经颚式破碎机粗碎、反击式破碎机细碎、回转筛筛分，细粉料堆存陈化备用。

页岩堆放时间7天，含水率8%；页岩块度最大为300×200mm，分解后，颗粒较细。

盖山泥堆放时间10天、含水率约12%；

根据焙烧实验，该企业页岩和盖山泥，比较耐烧，烧结温度需达到1000℃时，烧结砖才有“钢声”，硅铝含量较高，铁含量偏低。

原煤颗粒20mm，含水率：2%；原煤低位发热值为4688千卡/千克；

B掺配发热值

计划内燃发热值300千卡/kg，实际生产中，原料配比采用50装载机，按照斗容积进行体积配料，配比方式为：

页岩：盖山泥：原煤=7斗：3斗：1斗；

按照50装载机斗容积：3m³，页岩松散密度：1600kg/m³；盖山泥松散密度：1400kg/m³；原煤松散密度：1100kg/m³等参数计算，重量比配方如下，页岩：盖山泥：原煤=33.6吨：12.6吨：3.3吨。

经计算，生产配料内燃发热值约为345千卡/kg，比计划内燃发热值300千卡/kg偏高，比标准规定的单位产品能耗准入值322kcal/kg略高。

由于装载机在装运盖山泥时，斗容量会出现堆高满载，此时盖山泥重量增加，发热值降低。

此外，以上计算，假定三组原料均为同等干燥状况，没有考虑原料的含水率变化，三组原料自然含水率不同时，生产配料内燃发热值会产生变化。固定配料岗位工，增加配料发热值仪器测试后，总结装载机配料经验，上述配比操作，混合料发热量能够适应普通砖的干燥焙烧要求。

根据GB 30526-2014《烧结墙体材料单位产品能源消耗限额》标准中，计算标准能耗指标见表1。

表1       烧结墙体材料单位产品能耗准入值

     表中括号能耗值为标准煤发热值7000kcal/kg换算得出。

C破碎细度、陈化和搅拌

三组原料混合料采用颚式破碎机、锤式破碎机和回转筛，筛下料细度小于3mm颗粒占80%，3~5mm颗粒占20%，能够满足空心砖的成型质量要求。筛下细粉料堆放陈化时间约24小时后，装载机给料进入箱式给料机，搅拌加水后控制成型水分为15%左右，保证机械码坯机对湿坯不变形、不掉坯的强度要求。

D成型及机械码坯

采用60双级真空挤砖机挤出成型，下级电动机功率为220kw，工作电流为350~400A，真空度：0.078Mpa，泥条外观整齐，强度较高。泥条长度1920mm、切坯30块，一次10个泥条编组，机械码坯一次夹坯300块，码高16层。

E窑车规格及码坯容量

窑车规格：长×宽×高=3.16×3.16×0.82米；

窑车码坯形式及容量：码高16层，共三种垛型。240×115×53mm普通砖： 3压9、0.75×0.75米垛，每层27块，共4垛，合计1728块；2压6、0.5×0.5米垛，每层12块，共4垛，合计768块；0.5×0.75米不等边垛，每层18块，共8垛，合计2304块；普通砖容量为每车4800块。

2、小型直通道“一次码烧”干燥焙烧隧道窑结构及辅助设备

干燥焙烧隧道窑规格：截面3.0米，长度117米，容车量为37辆。

其中，干燥段长度：50米；预热、焙烧和冷却带长度：67米。

干燥焙烧隧道窑辅助设备

辅助设备中，在隧道窑进车端设置帆布密封；窑顶上部设置18号离心风机（排潮）、电动机75kw，附带变频调速；

出车端设置钢板升降门；窑顶上部设置14号离心风机（冷却）、电动机37kw，附带变频调速，（原设计为22kw，运行中，因过载发热烧毁）；

出车端窑顶第4~5车位之间，设置换热水箱。

两条直烧窑共用一台脱硫塔。 

隧道窑没有窑内温度检测显示设备。

表2               14号、18号 离心风机性能参数

3、窑炉结构及分析

该企业建设的“免烘直烧隧道窑”，实际是小型直通道“一次码烧”干燥焙烧隧道窑，干燥焙烧隧道窑结构及温度曲线示意如图5。

图5干燥焙烧隧道窑结构显示，窑截面3.0米,全长117米，全窑容车37辆。1至16车位约50.56米为干燥段，第17车至37车位，约66.44米为加热焙烧冷却段。由于窑车湿坯码高16层，容量达到4800块/车，该窑分段长度承担湿坯干燥和焙烧冷却功能，显得偏短。“一次码烧”隧道窑长度设计中，隧道窑中干燥段长度，应满足干燥周期的要求，由于码坯密度的影响，干燥周期延长，该窑干燥段长度仅为50.56米，应有所延长。

由进窑端开始，设置18对哈风闸，其中第1~13对哈风闸承担干燥段的湿干燥介质排潮，另外第14~18的5对哈风闸，承担高温段的焙烧烟热引流。隧道窑哈风闸位置范围，长度约62米，剩余长度仅55米，当靠近高温段第14~18对哈风闸开启后，风机抽力对高温段的截面温度稳定，存在较大的影响。

出车端设置3对余热哈风闸。

由进窑端开始，该窑窑顶面设置直径120mm、每排2个、间距1.5米调节观察孔33对，对应窑内车位数为18个车，与该窑干燥段吻合，调节观察孔后继续等距离设置直径120mm、每排4个，36排投煤孔，覆盖长度范围与高温冷却段吻合。

18号离心风机设置在进车端窑顶，隧道窑运行时，进车端帆布密闭门关闭，烟气及干燥后废气均由哈风闸、支烟道和总烟道送入脱硫塔，经处理后排放。

14号离心风机设置在出车端窑顶，隧道窑运行时，出车端密闭门关闭，由14号风机将外界空气经侧墙通风孔送入隧道窑内，实现产品冷却和焙烧所需空气。

该窑设置1台18号风机和1台14号风机，一抽一送，对照表2离心风机性能参数，18号风机每小时最高流量达到14万m³，14号风机每小时最高流量达到8.3万m³，对于日产量约7.2万块普通砖、截面仅3米、长度仅117米的“一次码烧”隧道窑而言，风机能力过于富余。18号风机的窑内抽力与14号风机强制送入冷空气正压，“短窑大风量”，对仅剩余长度约55米的高温冷却段的截面温度稳定，影响较大。对于窑内干燥段、高温段和冷却段的稳定，有一定操作难度。

4、运行现状

A产量及窑炉运行

该企业至2018年10月投产以来，成型车间每天生产普通砖30车，合计日产量约为14.4万块，每条窑日产量为7.2万块，15车，进车时间：96分钟。

隧道窑进车端窑顶18号离心风机，外壳温度为48℃，变频调速器显示为46Hz；

出车端窑顶14号离心风机向窑内送冷风，变频调速器显示为32Hz；

因冷却带温度低，3对余热哈风闸关闭。

出窑红砖温度与室外温度相同。

出车端钢板提升门除进出车时，工作状态为常闭。

进车端帆布密封，窑顶进车端第1对调节观察孔到第32对调节观察孔盖，全部打开，大量冷空气进入隧道窑内干燥段。

隧道窑1~16对哈风闸全部提起，高度不一，呈桥形闸分布。

隧道窑干燥段内砖坯温度，通过窑顶调节孔，采用红外射线测温仪检测，由进车端调节孔起，到窑顶第一排投煤孔止，砖坯温度由18℃逐渐上升为250℃，其中第一对调节孔到第18对调节孔，砖坯温度为18℃~30℃，与窑外温度相同，由第19~32调节孔，检测砖坯温度为40℃~250℃。

第33排调节孔后的第一排投煤孔（第34排）起，砖坯温度逐渐由300℃上升到980℃后，高温段投煤孔排数为8排左右，保温带投煤孔排数为6~10排，逐渐降低为35℃，换热水箱温度为30℃。

见图5干燥焙烧隧道窑内温度曲线1。

由于企业窑车加工数量偏少，每天成型车间只能生产30车半成品，每条窑只能保证15车的产量，不能按时进车，干燥焙烧工艺出现周期性的蹲火现象，使得隧道窑的控制难度较高。加上两台风机变频调速处于高位运行，即便外投煤和内燃掺配总的发热值预计达到450千卡/kg，焙烧岗位工仍然认为内燃偏低，不能保证高温段的温度。

B产品质量

生产过程中，出窑烧结普通砖，窑车平面砖垛两侧，第1层至5~6成品，出现欠火，敲击哑音，砖垛正面显示，截面温度不均，中部高，两侧低，温度呈漏斗状分布，中部砖坯收缩大，边部砖坯收缩小，两侧砖垛向中部偏斜，抱砖机操作困难，产品砖垛见图6。

检查出车端产品认为，窑车平面分别码放16垛砖坯，其中四角砖垛为3压9垛型，外观尺寸为 0.75×0.75米，该垛中下部欠火砖，普遍强度低、哑音和裂纹。

窑车中部砖垛出现过烧，砖坯存在变形。因大量冷空气进入隧道窑内干燥段，干燥段湿坯残余水分较高，进入高温段后，干燥脱水速度快，产生干燥裂纹并在焙烧过程中继续扩展，砖垛中下部存在砖坯断裂和裂纹砖，见图7。

5、产品质量缺陷原因分析
   根据生产工艺过程、干燥焙烧隧道窑运行控制和产品缺陷表现，该企业产品欠火、裂纹、哑音的主要原因分析如下。

A“短窑大风量”

由于干燥焙烧隧道窑偏短、码坯偏高，当前窑炉运行控制措施不适合，并且18号离心风机采用46Hz运行，窑内负压较高，进车端32对调节孔全部打开，冷空气进入窑内，干燥段内约12个车位，砖坯温度低，造成隧道窑内有效的干燥工作段长度缩短，高水分湿坯进入加热升温阶段后，出现裂纹。

“短窑大风量”的操作方式，迫使烧窑岗位工将32对调节孔全部打开放入冷空气，降低窑内高温段负压，降低火行速度，维持高温段截面温度的稳定。大量冷空气进入窑内，使得18号离心风机在46Hz 条件运行下，电耗浪费严重。

B强制冷却

出车端14号离心风机采用32Hz运行，大量冷空气由窑侧墙进入窑内，使得砖垛两侧砖坯冷却较快，而砖垛中部冷却慢，缺乏完整的保温冷却带，保温带偏短。此外，强制冷风送入窑内，对高温段截面温度的均衡不利，对保持一定长度的高温带不利。

C火不下底

当前进车时间为96分钟的情况下，容车量为37车位的117米隧道窑，进出车端的离心风机采用较高转速运行，高温带和保温带工作长度短、窑内负压高，窑车两侧砂封漏风，使得砖垛两侧火不下底，砖垛两侧欠火砖数量集中，由于内燃发热值较高（345千卡/千克），砖垛中部过烧结块变形。同时，14号离心风机由窑直墙两侧送入冷风，砖坯急冷，加剧了砖垛两侧欠火、哑音等质量缺陷的产生。

D红砖不落地

企业投产时间较短，部分基础条件还不完善，存在工艺布置缺陷，成品卸车线较少，成品卸车需要直接由窑车上人工卸码到汽车上，红砖不落地的形式固然减少红砖卸车码放的费用，这在市场销售需求旺盛时，可以保持。当红砖不能及时卸码到汽车上，成品将占用窑车，窑车数量不足时，成型车间产量得不到发挥，日产量偏低，进车时间加长，隧道窑控制难度增加，产品缺陷较多。

空车数量不足、影响成型产量、静停时间缩短，严重问题是干燥焙烧隧道窑的蹲火，引起焙烧质量缺陷、能耗增加。

E内燃误差

生产中，采用装载机配料，由于生产实践经验还没有足够丰富，岗位工操作较为粗放，因此混合料发热值的误差较大，准确度不够，成为“蹲火”焙烧时的产生过烧变形的主要原因。

窑内温度曲线1显示，干燥段湿坯温度低，使得进入高温段的湿坯残余水分偏高。第15、16、17、18对哈风闸提起后，加热速度偏快。高温段偏短。保温冷却段降温曲线较陡，显示冷却速度快，出窑红砖和换热水箱温度与室温相同即是旁证。

根据干燥焙烧隧道窑结构、以及生产运行中窑炉的控制方式，产品质量缺陷原因应该与窑内干燥焙烧带长度偏短有关，与18号、14号风机高变频调速运行有关，是产生缺陷的主要因素。

如上所述，结合生产线运行现状，需要完成设计日产量18万块普通砖的要求，每车普通砖容量4800块，日进车数量需要满足38车以上，进车时间约为75分钟进1车。对此，企业需要逐步完善基础设施，调整隧道窑运行控制措施，协调市场产品需求与成品卸车的矛盾。

6、技术措施

根据生产线现状，针对产品缺陷及当前隧道窑运行控制方式，提出如下处理措施。

a根据日进车数量38车的计划，进车时间约为75分钟，干燥焙烧隧道窑进车端窑顶的18号离心风机，需要降低风机转速，变频调速由46Hz调整为25~32Hz；

b窑顶32对调节孔，分别局部加盖，减少冷空气进入窑内，逐步提高干燥段砖坯的温度，实现平稳升温，同时控制高温烟气在干燥段18车位前端。

c将出车端提升门改为常开状态，同时，停止出车端窑顶14号离心风机的运行，避免强制冷却对冷却带和高温带截面温度的影响。

d干燥焙烧隧道窑的第18、17、16哈风闸完全关闭，第15、14、13、12哈风闸提闸高度进行调整，逐步延长预热带、高温带、保温带和冷却带长度，提高出车端成品温度，避免砖坯急冷。

根据预热带、高温带、保温带和冷却带长度的稳定状况，在当前进车时间的条件下，18号离心风机变频调速维持25Hz左右，进车时间缩短时，逐步提高该风机转速。

e隧道窑窑顶第36排投煤孔(对应第19车位)至第53排投煤孔（对应第27车位），应保持烧结温度950~1020℃，维持较高的烧结温度，可以有效地提高产品烧结程度，获得较高的强度，避免成品哑音缺陷。

f对隧道窑底部检修坑道，设置二道挡风墙，减少窑车车底漏风。保证窑道内砖垛截面温度均匀性，避免欠火和过烧现象。

7、措施实施及效果

A实施措施后效果的评价

实施上述隧道窑运行控制措施，可进行三方面的评价，第一，产品质量是否得到改善；第二，调整措施的运行经济性；第三，调整措施的控制难度是否简化。

B效果

采用技术措施调整后，干燥焙烧隧道窑四带长度范围内的各测温点，见图5温度曲线2，曲线显示，窑内基本实现干燥段升温平缓，高温段及保温冷却带前移并延长，换热水箱温度和出窑红砖温度升高，红砖砖垛完整，不变形，红砖强度高，有“钢声”，见图8。

根据现有进车的时间要求，干燥焙烧隧道窑四带长度范围内的各测温点温度能够保持稳定，运行中，仅仅调整18号风机变频调速器，隧道窑干燥焙烧的控制难度和复杂性降低。根据焙烧进车时间、内燃发热值、高温带范围、产品质量，调整18号风机变频调速器在25~32HZ范围内，能够有效、快速地调整和控制隧道窑正常运行。

停止原14号离心风机的运行，出车端窑门常开，简化了隧道窑操作方式，提高了产品质量，降低了运行电耗。

出窑成品截面温度均匀、裂纹、哑音缺陷烧结砖数量大幅度减少，产品质量得到较大提升，同时也为缩短进车间隔时间，建立稳定的运行控制方式创造条件。

窑内砖垛截面氧化程度充分，砖垛全截面产品强度提高，红砖色泽正常，出窑红砖温度有所提高，窑顶换热水箱热水温度相应提高，为降低焙烧能耗创造较好的条件。

随着内燃掺配料准确程度提高，生产车间产量的提高，原每96分钟进一车的时间能够顺利缩短，隧道窑窑内温度曲线能够保持稳定，为提高产量创造条件。

砖垛两侧欠火砖减少，砖垛整体截面温度分布均匀，砖垛变形小，有利于抱砖机机械卸砖的操作。

调整措施实施后，停止14号离心风机运行。然而，由于出车端窑内余热空气由侧墙进风口、支烟道，返回到风机进风口，对风机及屋面造成影响，因此，需封堵侧墙进风口，避免窑内热烟气由该风机进风口溢出。

图8 采取技术措施后的出窑产品，质量改善

根据实施措施后效果的评价，通过调整风机转速、闸阀高度、停止强制快速冷却、避免窑车底部漏风等措施，改变干燥焙烧隧道窑的控制方式，使得隧道窑烘干、预热、高温，保温，冷却的长度分布和温度分布合理，焙烧状况和条件满足了企业对产品的质量目标要求。

技术措施的运行费用和控制难度降低，能够满足效果评价的要求。

C小型直通道“一次码烧”工艺的协同管理

直通道“一次码烧”干燥焙烧隧道窑的性能，对企业产量和质量的影响较大，因此，需要对全厂工艺条件进行完善，需要对成型与干燥焙烧、焙烧岗位操作、成品卸砖、窑车维修等环节的设备人员协同一致方面，加强管理。

加强页岩原料的提前开采，为空心砌块生产提供准备，加强原煤及混合料发热值的检测，逐步明确体积配料过程中的操作方式，避免发热值存在大的波动；加强混合料的均化，避免混合料塑性偏差。

对干燥焙烧隧道窑干燥、高温及保温冷却，安装温度检测热电偶，方便烧窑岗位工对各个重要温度控制点的准确判断，特别是17车位的温度状况，对干燥段混凝土结构板的影响较大。避免盲目操作，有利于提高焙烧质量和提高产量。

当间断交替生产普通砖或多孔砖时，隧道窑重要温度控制点的准确判断，能够保证不同产品的焙烧质量。

根据当前生产运行情况分析，由于窑车上成品不能及时直接转入汽车，企业又不愿红砖落地增加费用，致使窑车被占压，也占压了回车线停车位，影响成型，同时也影响干燥焙烧隧道窑的进车，如考虑增加卸车线，有利于提高隧道窑焙烧产量。

针对该干燥焙烧隧道窑顶干燥段调节孔数量多，比较分散，对干燥段的温度调节不易控制，因此，需要在干燥段与高温段之间适当位置，在窑顶设置一个200×3000mm的通风口，一般情况下，采用铁板盖严，当高温烟气进入干燥段时，可将铁板盖打开，放入冷风，避免干燥段窑顶结构温度过高。

应建立完善的生产制度，建立安全生产岗位操作规程和责任制，针对干燥焙烧隧道窑，应建立进出车记录和温度记录，建立半成品、成品的生产记录，建立混合料内燃发热值实时检测制度，及时提供给成型车间和焙烧，避免盲目操作，有利于生产成本的核算。

参考文献：

[ 1 ] 烧结砖瓦工艺  殷念祖著 北京：中国建筑工业出版社，1982.

[ 2 ] 轻工业部第一工业局，日用陶瓷工业手册

北京:轻工业出版社，1984.8

[ 3 ] 化学工业炉设计手册 化工部工业炉设计技术中心站编写

                   北京化学工业出版社  1988.12

[ 4 ] 烧结砖瓦厂工艺设计 西北建筑设计院

北京：中国建筑工业出版社，1982年9月

[ 5 ] 截面6.9米隧道窑烟气正压原因分析及调整

陈荣生   2017.5《砖瓦世界》

[ 6 ] 烧结砖企业技术改造中一个成功的实例

陈荣生  2015.11《砖瓦》

单位：贵州省建材科研设计院有限责任公司 陈荣生 18185009265

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