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贵阳烧结砖焙烧缺陷浅析

贵阳烧结砖焙烧缺陷浅析

发布日期:2017-12-13 作者: 点击:

贵州某烧结砖企业,原料为硬质页岩、软质页岩及粘土和原煤,生产空心砖和普通砖,设计年生产能力为6000万块(折标砖)空心砖。工艺中,采用一次码烧、机械码坯的方式。干燥和烧成隧道窑各2条,截面均为3.7米。干燥隧道窑长度为84.3米,烧成隧道窑长度为115米。窑车规格为3.7×3.7米。

  生产中,三组分原料,按照比例预先混合后,共同通过锤式破碎机破碎、回转筛筛分,合格混合料进入生产线,双级真空挤砖机成型,成型水分约14%,泥条经自动切条切坯,每泥条切坯32块,机械码坯每次抓取12个泥条共384块,普通砖码高15层,窑车台面上码放9垛砖坯,每辆窑车码坯量达到5760块。根据烧成工艺要求,混合料内燃掺配量按照350千卡/公斤的比例控制。烧结普通砖日产量达到18~20万块。烧成隧道窑进车时间约为1小时20分,烧成周期达到40~44小时。

  2014年8月,随着原料矿山开采条件的变化,软质页岩及粘土的成分出现波动,当按照固定的350千卡/公斤的比例内燃值进行掺配时,焙烧过程中,窑车中部部分产品出现膨胀变形和裂纹,断砖中部厚度达到68mm,砖顶面厚度达到55mm,成为“面包砖”,外观尺寸超出国家标准指标。一段生产时间后,此类膨胀和裂纹缺陷的普通砖数量,达到30万块,对产品的质量评价造成不利影响。当降低内燃掺配后,砖垛中膨胀变形和裂纹产品数量基本消失。但是,在加强看火投煤情况下,在砖垛外侧下部,仍然出现欠火砖。详见照片1~3。对此,就该企业烧结普通砖焙烧变形分析如下,供参考。

贵州烧结砖贵州烧结砖

1、焙烧缺陷的产生

  根据陶瓷烧结的定义,粉末或非致密性物料,经加热到低于其熔点的一定范围内,发生颗粒粘结,结构致密程度增加,晶粒长大,强度和化学稳定性提高等物理变化、成为坚实集合体的过程 [ 1 ]。

  贵州烧结砖坯体被加热后,由于混合料中氧化硅、氧化铝、氧化钙及氧化镁等金属氧化物的不同组成,对混合料的最高烧结温度存在直接影响,使得低于其熔点的一定温度范围加大,工艺控制难度增加。如果不能及时调整,焙烧过程中,烧结砖产品极易出现收缩、膨胀、欠火、裂纹、断裂等现象,同时会跟随工艺调整,交替产生,废品率增加。

1.1原料成分的影响

  该企业原料矿山采用挖掘机开采,由于开采条件限制,硬质页岩与软质页岩及粘土开采后,没有堆存风化等预处理措施,原料形态见图片4、5。贵州烧结砖贵州烧结砖

表中数据,符合烧结砖对原料化学成分的基本要求,SiO2和Al2O3含量适中,但硬质页岩性能比软质页岩及粘土性能要好。生产中,根据2:1配比,2份软质页岩及粘土与1份硬质页岩,内燃掺配量按照350千卡/公斤的比例掺配。混合料成分中,熔剂成分Fe2O3、MgO、CaO略微偏高。隧道窑烧成过程中,焙烧带温度曲线显示,最高温度达到1000℃,砖垛中部出现软化变形、膨胀和变形,如图片1、2所示。

  针对膨胀变形砖断面的分析,可见由砖坯表面到砖坯中心部位,断面颜色由浅红逐渐转变为浅灰,再由浅灰转为蓝黑。这是砖坯表面燃料煤处于氧化气氛下燃烧时,砖坯成分中Fe2O3没有分解,使得砖坯表面呈浅红色。随着氧化气氛减弱,Fe2O3逐渐分解,颜色逐渐转变为浅灰,到达砖坯中心时,由于空气中氧气无法进入,砖坯中内燃煤,处于还原气氛下燃烧,Fe2O3分解为4FeO和2CO2,正是因为FeO呈色为蓝灰到蓝黑,使得砖坯断面中心部位呈色与FeO呈色一致。

  此外,当隧道窑窑温曲线显示为1000℃时,窑车中部砖垛内温度将达到或超过1000℃,砖坯内液相产生、气孔减少,并逐渐软化,砖坯内部的还原气氛使得Fe2O3分解,促使CO2气体排放,砖坯出现膨胀、裂纹和变形等缺陷。

  正是由于砖坯内Fe2O3、MgO、CaO等熔剂成分的作用,使得砖坯在低于其熔点以下的烧结温度,控制难度较大,同时由于码垛方式的限制,隧道窑全截面的温度差异较大。当按照固定的内燃掺配比例安排生产时,砖垛边部烧结温度适中时,中部烧结温度出现偏高,产生焙烧膨胀、裂纹等变形缺陷。

1.2配料及内燃掺配的影响

  该企业生产中,由于砖垛中部砖坯膨胀变形,决定调整原料配比,采用1份软质页岩及粘土与1份硬质页岩,提高硬质页岩掺配。同时内燃掺配量按照320千卡/公斤的比例掺配。同时要求烧成隧道窑岗位工加强对边火温度的观察,加强投煤。调整原料配比和内燃后,隧道窑窑温曲线控制为1030℃。

  调整后,根据生产状况,窑车中部砖垛砖坯膨胀变形现象基本消失,然而,窑车砖垛外侧下部出现欠火砖,如图片3所示。膨胀变形消失的因素分析如下。

  原料配比调整后,硬质页岩掺配量提高,高温难熔氧化物SiO2含量的增加,对提高砖坯烧结温度、减少高温变形有利。

  硬质页岩破碎后,坯体内颗粒较粗,有利氧气对坯体的渗透,减少还原气氛对Fe2O3分解。同时,坯体内粗颗粒之间的间隙,有利氧化和还原反应时产生的气体的排出,能够有效地避免坯体的膨胀变形。

  软质原料减少后,混合料中粘土微小颗粒减少,能够提高砖坯内产生液相的温度,避免坯体软化变形。

  采用原煤内燃掺配的焙烧工艺,坯体内部必然形成还原气氛焙烧,无法避免。减少内燃掺配的控制措施,能够避免砖垛中部阻力高、烟气流速慢带来的砖垛内温度过高现象,减少隧道窑高温带截面温度差异过大,同时,随着砖坯内碳含量降低,还原气氛减弱,减少Fe2O3分解和CO2气体排放,避免砖坯软化和砖坯膨胀、裂纹、断砖等焙烧缺陷的产生。

  生产中,由于硬质页岩量提高,砖坯相应的烧成温度需要提高,在减少内燃掺配的条件下,企业强调烧窑工加强对边火温度的观察和投煤,要求控制窑温为1030℃,满足焙烧工艺要求。但由于边部投煤孔位置、砖垛与窑墙间隙基本固定,调整难度较大,两侧边火火行速度较快,火不易下底,造成窑车砖垛外侧下部出现欠火砖。加大边部投煤后,煤的不完全燃烧现象增加,燃料消耗提高。

1.3机械码坯的限制

  该企业生产工艺中,采用机械码坯,3.7×3.7米窑车,每次码放1层,分成9垛,共码放15层。

  生产中,机械码坯夹具位置的确定,需要根据原料性能、湿坯规格、投煤孔分布、码窑方式等参数,按照焙烧工艺要求。砖垛形式一般满足“边密中稀、上密下稀”的码放方式。夹具位置确定后,除非产品规格发生变化,夹具位置较少变动。

  然而,生产过程中,原料性能和内燃掺配的波动和调整经常出现,此时,需要调整砖垛的码坯形式,以适应焙烧的需要。但机械码坯夹具位置的调整,需要经验丰富的技术工人和一定时间来操作,而生产班员工,往往不等夹具位置的调整,仍然按照工艺条件变化前的方式,进行码坯,使得焙烧过程中,产品出现较多焙烧缺陷。此种情况下,如仍然按照生产计划安排进车时间,对烧成周期不加控制,焙烧缺陷将越来越严重,废品率大幅度升高。这也是采用降低内燃掺配后,砖垛下部出现局部欠火缺陷的原因。

1.4成型水分的影响

  企业采用55型双级真空挤砖机成型,下级电动机功率为160kw,天气条件较好时,能够保持成型水分14%,泥条外观质量较好,满足机械码坯的需要。目前矿山还未拓展开来,因而软质原料受雨天的影响,自然含水率有波动,使得配料准确性发生变化,当成型水分升高,达到16%时,湿坯在干燥隧道窑内,往往产生干燥裂纹,焙烧过程中,裂纹扩展,形成焙烧缺陷。

2、避免焙烧缺陷的措施

  焙烧缺陷的产生,主要原因在于原料性能、掺配比例,应采取如下措施避免。

2.1调整原料配比

  根据原料性能,增加硬质页岩的掺配比例,使得混合料中高温难熔氧化物SiO2和Al2O3 含量提高,从而提高烧结温度范围。随着硬质原料的加入,破碎筛分后混合料颗粒级配更为合理。但塑性指数将有所降低,此时需要低成型水分挤出成型,提高双级真空挤砖机挤出压力,获得质量较好的泥条,保证湿坯强度及外观尺寸要求,在后续工艺环节中,减少干燥缺陷,提高焙烧质量。

  在生产中调整原料配比的措施,是减少和避免焙烧缺陷的主要手段,需要在矿山开采、硬质原料破碎等环节做好准备。

2.2准确与稳定的内燃掺配

  干燥焙烧工艺中,由于砖垛在窑内的码放方式限制,砖垛内外阻力不同,烟气流速存在差异,引起砖垛内外温度差异。

  干燥过程中,砖垛内部烟气流速慢,使得砖垛内外干燥程度不同,砖垛外部砖坯残余水分低,而内部砖坯残余水分较高。进入烧成时,内部砖坯容易产生裂纹。

  焙烧过程中,砖垛内部阻力大、烟气流速慢,使得砖垛内外温度存在差异,砖垛内部温度偏高,坯体容易出现粘结和变形。

  鉴于以上因素,一次码烧工艺,内燃掺配量的准确与稳定,是干燥和焙烧的基本保证。对烧成制度、烧成稳定性、烟气温度和烟气量、产品产量等方面均有较大的影响。

  首先,需要根据内燃料的发热量、含水率和粒度等性能参数,通过生产实践,制定适宜的内燃掺配比例,为准确掺配内燃料,创造条件。

  其次,采用性能可靠的计量设备,保证内燃料的准确稳定。

  第三,结合内燃程度,制定烧成隧道窑自动窑温控制曲线,同时以此为依据,规定烧窑岗位工操作原则。在自动监测窑温辅助条件下,加强烧窑工对窑温的调整和控制。

2.3机械码坯夹具位置调整

  正是因为砖垛在窑内的码放方式限制,使得干燥和焙烧存在残余水分和温度方面的差异,带来产品缺陷。即便通过原料配比和内燃掺配调整控制,效果仍未满足要求时,则需要调整机械码坯夹具位置,按照“边密中稀、上密下稀”的方式,砖垛距隧道窑直墙间距要小,砖垛中部通风顺畅,选择更加适合的码坯方式。

  按照现有窑车台面上码放9垛砖坯的方式,隧道窑正截面上,每砖垛长宽规格为1000×1000mm,3垛三列,窑车纵横向上分别有4条风道,正截面平均风道宽度为175mm,窑车上砖垛中部无风道。

  如将机械码坯夹具位置进行调整,窑车台面上码放16垛砖坯,每砖垛长宽规格为750×750mm,4垛四列,码坯容量不变。横向上风道为5条,窑车正截面上有5条风道,正截面平均风道宽度为140mm,窑车上砖垛中部有风道。

  调整后,隧道窑正截面风道数量增加,平均宽度减小,窑车上砖垛中部风道,对窑截面温度的均匀性有利。同时,砖垛规格变小,干燥过程中,砖垛内外砖坯热交换较为均匀,干燥程度一致,残余水分差异降低,进入烧成隧道窑后,砖垛内外坯体温差缩小,砖垛中部不会形成高温变形,全窑范围内,温度和焙烧程度容易控制,能够有效地减少中部砖坯高温变形的产生。

2.4严格控制成型水分

  严格控制成型水分,确保干燥质量,减少焙烧缺陷。

  一次码烧工艺中,成型水分较高时,当湿坯码坯高度为15层,下部湿坯易出现变形,且砖垛中部水分不易排出。进入烧成隧道窑后,变形和缺陷扩大。此外,成型水分较高,在干燥脱水过程中,烟气中水蒸气含量提高,如不能及时提高排潮速度,同样会因为水蒸气冷凝结露,冷凝水吸附或滴落在砖坯上,造成砖坯变形和开裂。

  一次码烧工艺在雨天等不利条件生产时,只能采用延长窑车进车时间,及时调整烧成周期的方式,避免焙烧缺陷。

3、结束语

  机械码坯的一次码烧工艺,焙烧缺陷的产生,与原料性能相关性较高。工艺中内燃掺配、成型水分、混合料陈化、码坯方式、隧道窑结构和保温等,均对焙烧质量影响较大,当明确影响因素后,提出调整措施。生产中,由于企业工艺及隧道窑结构条件均已确定,分别对焙烧变形现象以及配比调整后出现局部欠火、煤耗增加现象进行分析,对比其效果后,决定采用提高硬质页岩掺配比例,维持原有内燃掺配量不变的调整措施,能够完成日产18~20万块普通砖生产计划。


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