现代烧结砖瓦生产线必备的热工设施有干燥室(俗称干燥窑、干燥洞、烘干窑、烘干洞等)和焙烧窑,二者缺一不可。干燥室和焙烧窑的种类很多,各具特征,优缺点并存,适用条件各异。设计和新建一条塑性挤出成型的烧结砖瓦生产线,必须根据原料、燃料、产量、产品品种、生产装备、工艺技术及其他生产条件的不同,综合考虑各种相关因素,慎重选用相适宜的干燥和焙烧工艺,不可盲目地随意选用。特别是对一次码烧“烘烧连通窑”的选用,更得谨而慎之。
1.什么是一次码烧“烘烧连通窑”
烧结砖瓦生产的基本工艺过程依次可分为原料制备、陈化、制坯、码坯、干燥、码窑、焙烧几个阶段。合理的烧结砖瓦生产线,应该是通过相关的物料输送设备,例如铲运机、输送机、运坯车、摆渡车、步进机、顶车机等,把这几项生产工序按工艺要求合理的组成,形成连贯的、完整的、平衡顺畅的流水生产线。
其中对码坯、干燥、码窑、焙烧工序分别有二次码烧工艺和一次码烧工艺(含“一次半码烧”)之分。
二次码烧工艺是先把成型后的湿坯按干燥工艺要求码放在干燥车(或其他干燥设备) 上进入干燥室脱水,干燥成为干坯后,再把干坯按焙烧工艺要求,再次码放到焙烧窑焙烧成合格产品。由于两次码坯适用的热工设备不一样(一个是干燥室,另一个是焙烧窑),码坯的方式也不一样,码坯的目的和效果也不一样,,两次码坯相应的工艺要求和工艺制度更不一样。这种工艺流程较长,机械化自动化程度高,需用设备较多,一次性投资大,但对原料的工艺性能要求不高,可适用各种原料以及制品,更适合大块、多孔、薄壁的制品。
一次码烧工艺是按同时满足干燥工艺和焙烧工艺要求,将成型湿坯一次码放到相应的载坯设备上(比如窑车),然后将码好湿坯的载坯设备先进入干燥室脱水干燥成为干坯后,随原载坯设备脱离干燥室,再到焙烧窑进行焙烧。一次码烧坯体的码垛方式要求必须同时满足干燥室与焙烧窑的要求,但干燥室和焙烧窑一般是两个独立分开的不连通的热工设施,各自按不同是工艺制度和生产要求独立运行。该工艺流程短,设备少,投资低,易于机械化自动化,但对原料的工艺性能要求很高,适用范围较窄,选用不当容易导致产品质量缺陷。
另外还有一类一次码烧方式的生产工艺,是把干燥设施和焙烧设施设计建成为连通一体的窑体,不是两个独立分开的热工设施,前端是干燥室,后端是焙烧窑,中间无间隙直通连成一体。它除了坯体采用一次码烧方式外,把干燥室和焙烧窑也搞成了连通的 “一体化”。生产时把成型的湿坯码放在载坯设备上进入前半部干燥室脱水后,不间断地直接连续再进入后部焙烧窑焙烧。这种窑实质是把烧结砖瓦生产中的干燥、焙烧两个基本工序简化合并成为一个工序,建成一个热工设施。对这种窑既不能称作焙烧窑,因为前段带有干燥室;也不能称为干燥室,因为后段紧连着是焙烧窑。对这种窑有“直烘窑”,“一条龙窑”等多种叫法,笔者则称其为一次码烧“烘烧连通窑”。这里的“烘”特指干燥室,是借用行业内一些人把干燥室称作烘干室、烘干窑的叫法;“烧”则指焙烧窑。这种叫法是否妥当,不置可否,但是它很形象地表达了这种窑的特征。
2.一次码烧“烘烧连通窑”的种类
在我国近几十年烧结砖瓦行业发展过程中,接二连三出现具有一次码烧“烘烧一体”特征的“烘烧连通窑”,大致归纳有三种类型:
第一种,一次码烧轮窑
轮窑是德国人佛里德里希·霍夫曼于1858年发明的,所以轮窑又称霍夫曼窑,是历史较长、使用广泛的砖瓦焙烧窑。起初设计是圆环形,后来为了多增加窑室而改进为椭圆环形,故又叫环窑,在我国称其轮窑或八卦窑(台湾等地区)。在半干压制成型(坯体成型含水率10%左右)生产线上曾经采用轮窑焙烧的一次码烧工艺,在我国也有成功的范例(唐山马家沟,唐山地震后改为隧道窑,一直生产了近百年),但在塑性挤出成型的生产线上一般是采用二次码烧工艺,轮窑只是焙烧干燥后的干坯体,不带湿坯烘干的功能,不是“烘烧一体”的直通窑。
所谓一次码烧轮窑,是在轮窑焙烧段的前段,原本码放干坯的位置陆续码放挤出成型的湿坯,把这段当作干燥窑烘干湿坯使用。把轮窑焙烧带的烟热和冷却带的余热抽送到干燥段烘干湿坯,待湿坯干燥脱水后直接通过哈风把焙烧段的烟热引过来依次进行预热、升温、焙烧等过程。湿坯干燥脱水和高温焙烧过程均在轮窑里一次完成,这种轮窑就是一次码烧“烘烧一体”的轮窑。
这种一次码烧轮窑的生产方式始见于清朝末年(唐山开滦煤矿开发时),但是当时使用的是半干压成型工艺制作砖坯。因为自从有了霍夫曼窑以后,许多采用自然干燥,轮窑焙烧工艺的地方,在遇到连续阴雨天气时,都可能为了维持生产而把刚成型的湿坯码放到轮窑里去烘干,待坯体脱水干燥到一定程度(往往需要二次翻坯倒垛完成),直接通过哈风把焙烧段的烟热引过来进行产品的高温焙烧。这样既可以避免坯体在室外被雨淋坏,又可以防止缺少干坯导致轮窑熄火。这应该是一次码“烘烧一体”轮窑的雏形。但这只是特殊困难生产条件下没有办法的权宜之计,主要是为了保轮窑不熄火,不能作为正常的生产方式使用,在实际生产中也确实暴露出许多问题,常见有火行速度缓慢、能耗高、焙烧温度低、产量低、质量差等缺陷,更严重的是常常出现倒窑塌垛和产品裂纹、哑音、夹生以及其他产品质量缺陷。
可是在2000年前后,行业内一些人兴师动众大力推介起一次码烧“烘烧直通”的轮窑。他们把普通轮窑“技术改造”后,搞出了一次码烧的“三风道”、“四风道”甚至“五风道”轮窑、“满天星轮窑”等。纷纷称其为自己的最新创造发明,争相申请专利,在砖瓦行业内沸沸扬扬,轰动一时。都把自己的一次码烧轮窑冒称为“新型、节能、高产、经济”的轮窑,宣称“简洁合理,经济适用,节能高产”等等。于是,随后短短几年全国涌现出一大片一次码烧“烘烧直通”轮窑。遗憾的是紧接着就爆发出个个窑都频繁出现塌坯倒垛现象,以及产品裂纹,或哑音、夹生、能耗高等严重的问题。再紧接着又听到了一大片呼救声:许多盲目建了一次码烧轮窑的老板到处寻找能人高手,求救解决自己轮窑生产塌坯倒垛、产品裂纹和其他产品质量等问题;……。面临这些严峻的现实,行业内众多有识之士对一次码烧轮窑的工艺合理性、可靠性提出强烈质疑,纷纷声讨。于是在2010年前后,迫使一次码烧轮窑悲剧性的发展被基本遏制。特别是国家发展和改革委员会2011年第9号令《产业结构调整指导目录(2011年本)》将砖瓦24门以下轮窑以及立窑、无顶轮窑、马蹄窑等土窑列为淘汰的落后生产能力后,一次码烧轮窑已经无人再建,已建的轮窑也将被淘汰推倒停用。
第二种:一次码烧“烘烧直通”隧道窑
隧道窑出现很早(大约1765年)。一次码烧隧道窑有两种方式:一种是把干燥室也建成断面和焙烧窑基本相同的隧道式干燥窑。隧道干燥室和焙烧隧道窑可以并排平行布置(包括那种中间只有一堵隔墙的“烘烧联体窑”),也可以前后一字型布置,但干燥室和焙烧窑中间都是断开不直通,干燥室和焙烧窑是两个分别独立设置的热工设备,中间有码坯车储备、周转位置和调运、顶车设备。干燥室和焙烧窑两座设施两个工序各自独立运行。虽是一次码烧,但不是“烘烧一体”。这种一次码烧隧道窑不是本文说的一次码烧“烘烧直通”隧道窑。
另外一种一次码烧隧道窑是把断面相同的隧道式干燥室和隧道式焙烧窑前后一字型串联,建成了一条中间无间隙“烘烧一体”直通的隧道窑(有的中间有一道闸门,有的没有闸门)。这种隧道窑的生产线制坯是用塑性挤出机,成型的湿坯是人工或码坯机、机械手一次码坯方式码到窑车上,然后码有湿坯的窑车进入干燥和焙烧连通为一体的隧道窑,中间无间隙不间断连续完成湿坯干燥和高温焙烧生产过程。这种一次码烧隧道窑则是本文重点讨论的一种典型的、有代表性的一次码烧“烘烧直通”窑。
一次码烧“烘烧直通”隧道窑在坯体半干压制成型工艺的生产线上有使用的(湿坯成型水分10%左右)。出现在坯体塑性挤出成型工艺的烧结砖瓦生产领域的一次码烧“烘烧直通”隧道窑,是上世纪六十年代,由天津一家砖厂首先创建,前后经过五、六年漫长的试验、改进后,基本成功投产。之后,到了上世纪七十年代,这一成功的特例可悲的被当作“范例”在全国大面积推广,乃至三、四年的时间里全国就有100多家砖瓦厂建了好几百条这样的一次码烧烘烧直通隧道窑,而且不管各地原料的成分、性能,也不看当地的气候环境和建厂条件,几乎全是建的一个模式。结果,除少数几个厂外,大多生产线都出现坯体倒垛,或产品裂纹、或哑音、或过火、或夹生等严重质量问题,没过几年就都停产报废或改为另用。这轮一次码烧“烘烧一体”直通隧道窑的低质量、低效益、高速度、短寿命的发展阶段基本以失败而告终。
可是近几年,这种已经被证明工艺技术上明显有问题的一次码烧“烘烧一体”隧道窑,又被一些人从垃圾堆拣出来,稍加改动,当作新东西大面积推广。把个别成功特例的功能、优点尽力夸大, 鼓吹“一次码烧”、“烘烧一体”工序简洁高效、造价低和用人少的优点,隐瞒“一次码烧”和“烘烧一体”的问题缺陷,误导一些急功近利的投资者,在烧结砖瓦行业内大肆胡乱推广,近乎泛滥成灾。形成了新一轮低水平、低质量、低效益、高速度的重复建设。遗憾的是实际生产使用中都没能够解决这种一次码烧隧道窑塌坯倒垛和产品裂纹、哑音、过火、夹生等老毛病,又造成了不少企业和投资者的经济损失,不但没有促进砖瓦行业的进步和健康发展,反而拖后倒退。
第三种:一次码烧移动式环形隧道窑
一次码烧移动式环形隧道窑的窑体是圆弧状,断面为“∏”字型,安置在两条同心但不等直径的圆形轨道上。两条轨道中间的环状窑底类似轮窑的窑炕,用来码放湿坯,并且坯体固定不动,由可移动圆弧状窑体带着焙烧火带在坯垛上穿过,沿圆环状轨道行走。窑的断面内宽有4.5m、6.5m、8.8m、10.8m、13m等多样不一,最宽的超过20m,可谓是大断面窑体。这种可移动的环形窑前段是干燥,后段是焙烧,两段直通连成一体。有的中间有一道闸门隔开,有的干脆一道闸门也没有,直通到底。这种移动式环形“烘烧连通窑”的生产线都是把挤出成型后湿坯体的码坯、干燥、焙烧和卸砖出窑四个基本工序连续紧凑的布置在环形窑道上,先把湿坯码放在窑体前方轨道之间的环形窑底上,窑体前行吞入砖坯,焙烧火带随窑同行,依次完成干燥、预热、焙烧、冷却工序。窑体移动后再在露出敞开的窑底卸运曝露于窑后的成品砖。有的移动式环形隧道窑还把成型设备、切码设备也安置在环形窑道上,相互之间没有缓冲、储存、周转工序,全都随环形轨道顺次衔接,循环移动运行。从这一结构特征来看,称其为“移动式环形隧道窑”是不确切不恰当的,因为“隧道”是指固定不动的山洞、涵洞,或类似的通道,有车或物体从里面穿过,而隧道是不移动的。实际上“移动式环形隧道窑”更像一次码烧轮窑,它和一次码烧轮窑同出一辙,也是“烘烧一体”,只是窑体变成了移动式的和圆弧状而已(轮窑的鼻祖霍夫曼窑起初就是圆环形)。
移动式环形隧道窑很早在陶瓷和耐火材料生产行业就有使用的,只是仅仅当作焙烧窑使用,不带干燥(除非是半干压制成型坯体)。在我国砖瓦生产领域则始见于1998年山西寿阳。由于它比一般隧道窑有相对投资少、建窑时间短、生产成本低;比一般轮窑机械化程度高,工人劳动强度低,工作环境好等优势,得到不少人的极力推介和纷纷效仿,在最近几年里发展很快,几近泛滥。
但是,一次码烧移动式环形隧道窑实际使用效果不尽如意,暴露出许多缺陷,存在产品质量都较差,废品率高等不少问题,大多没有达到设计人员或窑炉公司的各项承诺。因为这种窑和一次码烧轮窑、一次码烧“烘烧一体”隧道窑一样,都是一次码烧的“烘烧连通窑”,大多厂家也都出现同样的塌坯倒垛,或产品裂纹、或哑音、或过火、或夹生等各种严重质量缺陷。移动式环形隧道窑已经显现出是一种“问题窑炉”,但其当前的发展势头仍然不减,恐怕又会形成砖瓦行业内最新一轮低水平、低质量、低效益、高速度的不当发展。
3.一次码烧“烘烧连通窑”的缺陷问题
以上列举的一次码烧轮窑、一次码烧“烘烧一体”隧道窑和移动式环形隧道窑是砖瓦行业出现最多的三种一次码烧“烘烧连通窑”。尽管这三种“烘烧连通窑”的窑体外观形状不一样,窑体结构不一样,长短、高低、宽窄不一样,生产过程坯体、窑体、焙烧火带运行方式不一样,但是它们却有完全相同的工艺特点和完全相同的工艺流程:那就都是“一次码烧”和“烘烧一体”。这两项相同的特点决定了一次码烧“烘烧连通窑”实际生产使用中暴露的问题也都相同:极易造成产品塌坯倒垛,或裂纹、哑音、过火、夹生等各种严重质量缺陷。因此,本文把这三种窑归纳为同一类型,统称“烘烧连通窑”,尝试分析和讨论这类一次码烧“烘烧连通窑”共同存在的问题。
造成“烘烧连通窑”成为“问题窑炉”的原因很多,包括有原料原因、设计原因、施工砌筑原因、设备使用原因、操作技术和生产管理等原因,但主要原因还是这种生产方式以及焙烧工艺。该类结构有悖于塑性挤出成型砖瓦烧结生产的基本工艺和正常合理生产技术的要求。所有一次码烧“烘烧连通窑”都明显有基本相同的严重问题和缺陷,原因同出一辙,那就是因为它们都是一次码烧并且还都是烘烧一体直通窑。
(1)一次码烧的适用性问题
三种一次码烧“烘烧连通窑”的第一个共同特点就是都采用一次码烧工艺。因为这三种窑都是干燥室和焙烧窑连筑一体的直通窑,所以必须采用,也只能采用一次码烧方式。而一次码烧工艺原本就比二次码烧工艺容易发生产品质量问题,最常发生的是塌坯倒垛和产品裂纹。关于一次码烧工艺的利弊,已有许多专家、技术人员和有经验师傅在众多场合和刊物上有精辟的论述,本文无需再详细赘述。造成一次码烧工艺发生塌坯倒垛和产品裂纹原因很多,把各种原因汇总并直观的简单概括起来不外乎以下六种(以下简称“六高”原因):
①.原料塑性指数高,可以导致坯体裂纹;
②.原料干燥敏感性系数高,可以导致坯体裂纹;
③.坯体收缩率高,可以导致坯体裂纹、断裂、塌坯倒垛;
④.制品孔洞率高,可以导致坯体裂纹、断裂、塌坯倒垛;
⑤.湿坯码层高,可以导致坯体下层变形断裂、塌坯倒垛;
⑥.坯体成型含水率高,可以导致坯体下层变形压裂、裂纹、塌坯倒垛。
如果说还有其他原因,都可归集在“六高”之内,比如原料中蒙脱石含量多,则该原料必定塑性指数高、干燥敏感性系数高;又比如成型挤出压力小或湿坯体强度低,那坯体成型含水量相对就高。
在选用一次码烧工艺时,只要原料的矿物成分组成和颗粒级配没有问题,如果“六高”原因的任何一项都不高的话,绝对不会出现因一次码烧工艺而导致的塌窑倒垛及坯体裂纹等现象。再出现问题那就是人员操作、机械设备方面的原因,或干燥、焙烧不当造成的缺陷。比如坯垛码的不规整、窑车行走晃动、干燥介质温度高而湿度低、吸潮、过烧、欠火、高温急冷等原因导致的各种缺陷。反过来,如果“六高”原因的任何一项确实不能避免的话,必定会导致塌坯倒垛或者产品裂纹。显然,一次码烧工艺的适应性和灵活性大大低于二次码烧工艺,因此不论是“烘烧连通窑”还是“烘烧分体窑”在选用一次码烧工艺时一定要谨慎。如果确认采取各种可行措施仍然没有把握解决“六高”问题,那就千万不要选择一次码烧工艺,特别是不能选择一次码烧工艺的“烘烧连通窑”,否则后患无穷。
对“六高”参数控制到什么程度就可以保证不会造成生产中塌坯倒垛或产品裂纹等缺陷呢?许多专家和技术人员都根据自己的研究和经验提出了相对意见,但因研究重点不同和具体生产条件不同,各有高见,说法不一,没有统一标准。不过也确实很难形成统一标准,一般只能给出可供参考的大致范围。要想准确确定“六高”可供生产实用控制参数,应当根据不同的原料组成、产品纲领、燃料种类(内燃或外燃)、拟选干燥和焙烧热工设备及其他生产条件进行分析研究,包括进行实验室检测试验、模型试验等工艺性试验,甚至有必要进行工业性试验,经认真研究有可靠结论后才能确定。本着确保一次码烧工艺万无一失的目标,应该对“六高”参数提出严格甚至近似苛刻的要求,宁可“六低”,不得有“一高”。
(2)“烘烧连通窑”的缺陷问题
三种一次码烧“烘烧连通窑”的第二个共同特点都是采用干燥室和焙烧窑连筑一体的直通窑,这种“烘烧连通窑”本身存在一些问题。下面以一次码烧烘烧直通隧道窑为例进行粗略分析(一次码烧移动环形隧道窑和一次码烧轮窑基本类同)。
①、“烘烧连通窑”设计和建造缺乏合理的理论依据
干燥和焙烧是两个绝然不同的生产工序。干燥工序的湿坯干燥过程是坯体受热脱去自由水的物理变化过程,温度不高(120℃上下),有坯体脱水收缩、几何尺寸变化,但基本没有化学反应。而焙烧工序的是干坯体经过高温(1000℃左右)环境焙烧,不断重叠发生复杂的物理、化学变化的过程。干燥工艺强调的是低温(<150℃的低温)、大风量、低风速、微正压的操作。焙烧工序注重的是高温焙烧、燃烧气氛(氧化气氛、还原气氛)、正负压的操作。
正常情况下,湿坯体在干燥室的干燥过程可分为加热阶段、恒速干燥阶段、降速干燥阶段和平衡阶段。这四个阶段的划分是综合坯体干燥曲线、干燥速度曲线、干燥收缩曲线、干燥温度曲线变化特征,按最佳干燥效果综合确定的,但因实际生产当中坯体干燥过程脱水蒸发速度、坯体含水量变化和坯体收缩变化是无法连续随机监测,更无法直接调控。因此综合上述曲线变化特征最佳干燥效果时确定最佳干燥温度曲线,通过按最佳温度曲线监测干燥室各段温度,按温度变化调整热风的风量、温度、湿度以及进车速度等来实现对坯体干燥质量、产量的控制。焙烧隧道窑则是在正常生产条件下,综合坯体的焙烧性能、坯体的变化和焙烧过程中的窑内温度、压力变化特征,按最佳焙烧效果把焙烧过程分为干燥段(蒸发残余水分)、预热段、焙烧段、保温段、冷却段。同样道理,焙烧窑的实际生产控制也主要依照综合了最佳焙烧效果制定的最佳焙烧温度曲线,而通过监测焙烧窑各部位的温度,通过调整各部位风量、风压(通过风机、风闸)、进车速度等,来实现对坯体焙烧质量、产量的控制。干燥室和焙烧窑按照各自最佳温度曲线、压力曲线制定各自相应的工艺制度。调整控制、操作运行各不一样,有联系但都互相不影响,也不干扰,更不矛盾,方能实现优质高产的效果。即便是发生什么问题,也便于分析处理问题,寻找原因,有针对性的处理解决,不会造成连锁反应、恶性循环,以至于导致较大损失。因此,应该把干燥设施和焙烧设施分开独立设置(不论平行并列布置或一字型直线布置)、设计和建造,并且中间要留有干燥储备位置作为干燥室和焙烧窑之间的缓冲和周转。这样的工艺布置,有很好的适应性和灵活性,符合烧结砖瓦生产基本理论,也符合客观实际规律。
但是“烘烧连通窑”把干燥和焙烧设计建造成连通一体,把两项绝然不同的生产工序硬是简化合并成一体,形成所谓“烘烧一体化”。这就要求“烘烧连通窑”的设计必须同时兼顾湿坯的干燥机理和干坯的焙烧机理,要同时符合干燥热工原理和焙烧热工原理。“烘烧连通窑”的使用要同时适应湿坯的干燥性能和干坯的焙烧性能,同时达到干燥工艺制度和焙烧工艺制度的要求。要实现把干燥工序与焙烧工序连通并有机衔接,要保证坯体干燥后的效果必须达到焙烧的要求,是有许多严格的工艺条件和技术要求的。那么“烘烧连通窑”如何把干燥段最佳干燥温度曲线和焙烧段最佳焙烧温度曲线正确合理的综合连接为一条“最佳烘烧曲线”呢?特别是干燥过程最后的平衡阶段和焙烧过程开始的干燥(蒸发残余水分)、预热阶段该如何处理?是合并重叠还是分设保留?干燥段和焙烧段怎样划分?是分别独立控制还是合并统一控制?“烘烧连通窑”制定怎样的工艺制度才能实现生产过程中的调整控制、操作运行首尾衔接,保证整条直通窑的每一段、每一处都要有机连贯,同步协调运行,不能相互影响干扰,更不能相互矛盾?能够兼顾湿坯干燥机理与干坯焙烧机理、同时符合干燥热工原理与焙烧热工原理的指导理论,设计和建造“烘烧连通窑” 的理论依据,特别是干燥室和焙烧窑无隙直接连通这一关键环节的热工理论和工艺技术尚未见解决。如果没有合理正确的理论依据指导,单凭想象臆造设计建造“烘烧连通窑”,就不可避免要出现一系列问题,而事实上现在许多生产使用的各种“烘烧连通窑”也确实因此屡屡发生塌坯倒垛、坯体裂纹或欠火、哑音等现象。
②、“烘烧连通窑”设计和建造者的资质和能力令人质疑
推介“烘烧连通窑”的设计者和建造者,也就是那些窑炉公司,大多都是没有设计资质和施工资质的非专业人员,有的就是个别一两个人就出来大包大揽。他们不是按照烧结砖瓦技术理论去设计和建造窑炉,仅凭个别“烘烧连通窑”偶然成功的特例到处去生搬硬套,有的甚至是个人主观臆造,说不出什么科学的理论根据,也道不明什么成功可靠的经验,甚至缺乏砖瓦生产线设计和建设基本而简单的常识。设计制图不按规范,施工只求造价低,不考虑不同原料的性能特点,不顾及当地的生产条件和生产环境,更不顾生产质量和使用效果,甚至都没有设计说明书和施工图纸,有也只是一套简单的“万能纸图”。几乎所有的“烘烧连通窑”都没有能指导和控制生产的最佳温度曲线,有的虽然安装了一些测温仪表,但只设计了半截温度曲线---仅焙烧窑部分。也没有正确的全窑压力曲线,整条窑都不安装压力监测仪表,无法了解窑内各部位的气流压力分布状态。并且没有制定用于正确指导“烘烧连通窑”生产的合理工艺制度,在实际生产使用中很难掌握和调控,全凭生产企业自己反复调试,不断试验摸索,造成试生产过程很长、损失严重、塌坯倒垛、产品裂纹或其他严重损失。有的干脆就是失败的设计,根本不能正常生产。
③、“烘烧连通窑”工艺设计的缺陷
“烘烧连通窑”被推介的最大卖点是这种窑具有“工序简洁、操作简单、投资少、产量高”等优点,但这些优点被夸大以后就失真了,被滥用以后就失灵了,反而成了一系列牺牲产品质量、浪费能源等严重缺陷的原因。
a.干燥室和焙烧窑连通一体的缺陷
一次码烧“烘烧连通窑”把码坯、干燥、焙烧三个工序合并为一个工序,是比干燥室、焙烧窑分开设置的工序简化,少了一道托运、顶窑车工序,而且造价也少。但这不符合现代工业流水线生产工序布置的基本原则。因为受挤出机工作制度和吞吐率制约,码坯工序的吞吐率和干燥室、焙烧窑不一致;又因坯体的干燥周期和焙烧窑的烧成周期不太可能一样,干燥窑和焙烧窑的进车时间间隔不一定相同,干燥工序和焙烧工序的吞吐率也不一样。按工业流水线工序布置原则,吞吐率不一致的工序不能直接衔接,更不能连通一体,吞吐率不同的前后工序相互之间应该断开设置缓冲储存工序,保证有合理的贮存量,才能实现工序同期化和生产线平衡化。否则,必然会因各工序每一单位时间产量(不是平均单位时间产量)不相等或不成整倍数而造成流水线各工序平衡失调、生产秩序混乱而影响产量、质量等问题。在质量上,把吞吐率不同的干燥室和焙烧窑两工序建成直通一体,强迫干燥室和焙烧窑同期、同步、同进度运行,结果只能强制一工序服从和跟随另一工序运行,结果必然令被动随同的工序生产不正常而影响产品质量。“烘烧连通窑”的干燥段和焙烧段连通,相互之间没有可缓冲、可周转、可避免的灵活性和可调性,结果是不管坯体和窑内热工状态如何只要其中一个工序出问题必定会影响其他工序,如同一根麻绳拴了三个蚂蚱一样,捆绑到一起一快乱蹦一块乱跳。比如码坯不当,进干燥室就可能倒垛,假如干燥室一倒垛,发现了也清理不出来,要一直倒到焙烧窑,影响焙烧窑的正常运行,直至出窑。再比如阴冷天气焙烧窑温度低余热不足,就可能影响干燥室坯体不干,残余水分高,明知湿坯残余水分高却不能调整出来另行脱水干燥,还必须跟着焙烧的需要随直通窑紧接进焙烧窑预热带,极易导致坯体在焙烧窑里塌坯或裂纹;同时还会多消耗焙烧窑热量,使焙烧窑温度降低而烧成欠火砖或裂纹砖,从窑头到窑尾没有分开调整和补救处理的条件,造成生产线的连锁失误,恶性循环。事实上这种情况普遍存在于“烘烧连通窑”生产线上。
b.“烘烧连通窑”干燥段与焙烧段中间只设一道闸门的缺陷
“烘烧连通窑”把干燥窑和焙烧窑连通一体,中间有一道闸门隔开(轮窑是纸档),省略了干燥后干坯出干燥室再进焙烧窑的摆渡、顶车等坯体(或坯车)运行操作。这样操作是简单了,但会因为相互之间没有可缓冲、可调整、可避免或可补救的可能性和灵活性,反而使实际生产运行更复杂、更麻烦。特别是隧道窑每次进窑车时,中间的闸门必须打开,这时必然破坏干燥窑内和焙烧窑内原本正常运行的工作环境,原本正常的温度曲线及零压点、临界点都乱套了。因为靠近中间闸门的前端是干燥窑的尾部,是余热风机往干燥室的送风带,正常时这里热风是强正压往窑门方向移动,并且在这里是温度高而湿度低,靠近中间闸门的坯体基本干燥(仅剩残余水分)。而靠近闸门的后端是焙烧窑的预热带,是排烟风机抽取烟气的位置,正常时这里气流是强负压,把预热带的湿气和焙烧带的烟气抽过来排放到窑外,这里的温度较低,气体湿度较大。正常时中间闸门两边的热工环境截然不同,甚至相反,但有闸门隔断互不影响。可是当中间门打开时,排烟风机在焙烧窑的抽风口和余热风机在干燥窑的送风口几乎是口对口了,形成了短路,排烟风机直接抽余热风机送进来的余热,而对焙烧窑减弱了预热带和焙烧带的抽力,窑内抽力变小会出现上火快,底火慢,后火降温慢等问题而严重影响产量和质量;整个预热带、焙烧带、冷却带都会后移,窑尾冷风正压增加风量增大,会造成制品急冷爆裂等缺陷。同时,对干燥室这边是大部分余热风机送入的热风被排烟风机抽走排空(能源浪费),往干燥室前端送热风的正压减弱,送往干燥室内风量、热量也减少,整个干燥室内温度降低湿度增加,靠近中间闸门的干坯可能吸潮产生网状裂纹等缺陷。而干燥室前端靠近窑门部位会降温凝露导致塌坯倒垛。事实上这确实成为“烘烧连通窑”造成产品质量缺陷的主要原因之一。
c.“烘烧连通窑”干燥段与焙烧段中间不设闸门的缺陷
还有的“烘烧连通窑”更简单,在干燥段与焙烧段中间干脆没有闸门,一通到底,只有一台排潮风机全负压运行,什么排烟风机、余热风机、窑尾风机、窑底平衡风机统统没有,是典型而且极端的焙烧捆绑干燥运行的工艺。强制干燥段湿坯干燥速度及干燥周期和焙烧段干坯升温速度及焙烧周期一致,同时同步运行。这种窑操作运行时事实上无法同时兼顾干燥段和焙烧段的热工制度:如果按干燥段坯体干燥脱水的状况需要调整风机的抽力,那焙烧段正常的风压、风量也会同时改变,各个位置的温度必然也会变化而造成焙烧异常。同样道理,如果按焙烧状况需要调整风量、风压或温度的话,干燥段的温度以及临界点都会变动,严重时甚至会使焙烧段的火偏移到干燥段。所以这种窑实用、有效的调控设施和调控手段很少,很难同时把干燥段和焙烧段运行状态及工艺参数调整到最佳状态。事实上整个窑的操作往往只是注重焙烧段的变化,忽略干燥段干燥制度是否正常,或者说根本不能兼顾干燥段的运行和效果。实际生产当中企业只能简单的控制焙烧段两三个车位的温度,只要这几个车位达到或超过某一温度值时,不管进车间隔时间多少就赶快从窑门顶一车,根本顾及不到干燥段是否需要和是否适应;进车时间成为动态不固定,不能保证坯体干燥脱水过程的均衡稳定,因此造成了坯体干燥裂纹、残余水分高等缺陷。同时,坯体干燥质量的问题也直接影响焙烧段预热带气氛,间接影响到焙烧带气氛。造成整个窑的恶性循环,例如:干燥段温度低→坯体到焙烧段预热带干燥耗热多→到焙烧带热量不足温度低→到冷却带余热不够→干燥段温度低,结果又造成制品焙烧过程的裂纹、欠火或者哑音等缺陷。
d.“烘烧连通窑”进车端只设一道窑门的缺陷
一般干燥隧道室和焙烧隧道窑在进车口都是分别设有间隔一个车位的两道窑门。有两道窑门的隧道干燥室,每次进车时先打开第一道门,进车后关住第一道门然后打开第二道门,再由门下的油缸顶窑车到第二道窑门后,最后关住第二道窑门,即完成一次进车的操作。这样在整个进车过程,有两道窑门先后轮换封闭可以保证阻止窑门外冷空气的侵入(窑门封闭不严漏气另当别论),窑内正常的工艺环境和热工制度基本不受影响。同样的道理,焙烧隧道窑设置两道窑门可保证整个进车过程中窑内正常的工作环境和热工制度也基本不受影响。如果设有两道窑门的窑,单图简便省事把第二道门常打开,只开、关使用第一道门话,肯定会造成产品质量的缺陷,这是不争的事实。
但是所有的“烘烧连通窑”在进车口都是只设一道门。一道门当然比隧道干燥室、焙烧隧道窑各设两道窑门(共四道窑门)的操作要简单多了,但问题毛病也多了。以“烘烧直通”隧道窑为例:靠近窑门的几个车位是排潮风机抽取窑内湿气的位置,是干燥预热段的一部分。这里靠近排潮风机,气流负压大,抽力大,温度高于室外,相对湿度90%以上。因为只有一道窑门,进车打开窑门时窑外冷空气受排潮风机作用大量涌进窑里,靠近窑门排潮口附近部位湿坯平稳升温脱水的正常干燥状态突然遭受窑外进来的高速冷风袭击,这些部位突然反向风速加大、温度降低、相对湿度增大,坯体表面急剧脱水极易产生裂纹,或表面凝露吸水可能塌坯倒垛。这时排潮风机主要抽窑门外冷风而对窑后部的抽力减弱,后部负压减小,正压提高,火速减慢,上火漂浮,显得排烟风机抽力不足。窑内各部位的温度、湿度、压力都发生不正常的急剧变化,造成整个窑前窑后全都不正常。这种状态,从开启窑门开始,到进完窑车、关好窑门并待窑内气氛恢复正常,大约持续5分钟左右(不同生产线时间不等)。而一般“烘烧连通窑”的进车间隔时间为40~50分钟。也就是说,“烘烧连通窑”里所有的砖坯在整个干燥、焙烧过程中有十分之一以上的时间是在极不正常的恶劣的热工气氛中运行,而且是频繁的不到一个小时就要经历一次。再加上打开窑门进车时还要同时打开干燥段与焙烧段中间的闸门,同时把两项严重影响生产工艺和产品质量的因素叠加在一起,造成整个窑炉里工作状态和热工制度的混乱简直无法估测;造成整个生产过程中的问题和缺陷之多难以叙清,最后焙烧出的产品很难找到一块合格品,不是有干燥裂纹就是有焙烧裂纹,不是过烧就是欠火,甚至塌坯倒垛。这是“烘烧连通窑”造成产品各种质量缺陷的最主要的、最重要的原因。
e.“烘烧连通窑”窑体短、进车速度快的缺陷
“烘烧连通窑”能实现造价低、产量高的秘诀就是窑体短、进车速度快。这类窑的干燥段连同焙烧段共长130m左右,有短的还不到100m,长的也就150m上下,还没有一般正规生产线单独一条焙烧窑长。光是窑短还不算什么大问题,更主要的还都是进车速度快,进车间隔时间大多40~50分钟;干燥焙烧周期短,连烘干带焙烧不到30个小时,有的甚至更短。一条内宽3.6m“烘烧连通窑”日产量可以达到20万块(普通实心砖)。笔者甚至还见到有日产量28万块的“烘烧连通窑”。但是,毫不夸张的讲,这些窑烧出的砖很难找到一块符合国家标准的合格品:每块砖都布满了裂纹,有的是网状纹,或交叉状纹、放射状纹、纵向纹、横向纹、斜纹、压裂纹等各种各样;条顶面棱边上的贯穿裂纹比比皆是;砖经过焙烧带只是高温火燎了一下,看外表颜色好像烧成了,但因时间短里面基本都是夹生、哑音。这样以牺牲产品质量为代价、单独追求高产量的生产设施和管理方式实在不可取,更不值得推广和效仿。如果不顾质量只要产量的话,不要说是“烘烧连通窑”,随便任何一个砖瓦厂都是很容易做到高产量的,无非是加快进车速度缩短焙烧周期而已,无非是生产废品砖而已。但这样不仅损人害人,最终会毁了自己,会影响整个砖瓦行业的形象,影响我国砖瓦行业的正常发展,必须坚决予以制止。
4.解决一次码烧“烘烧连通窑”的缺陷问题的办法
一次码烧“烘烧连通窑”在我国屡屡出现,但在欧美国家实为罕见,未见国外有所报道。询问了几位曾经多次出国考察的专家、领导,也都没有看到国外塑性挤出成型的砖瓦企业有使用一次码烧“烘烧连通窑”的生产线。这未必是外国人脑子笨想不到这个点子,可能也有人曾经搞过一次码烧“烘烧连通窑”,只是这种窑问题多,不成功不能用而已。事实上在我国凡是使用一次码烧“烘烧连通窑”的生产线,除少数特例外,大多生产线都有产品质量缺陷的问题,虽然各家产品质量的缺陷不尽相同,但却都是比较严重。
因此,不管选用一次码烧轮窑、一次码烧“烘烧一体”隧道窑还是一次码烧移动式环形隧道窑,一定要谨而慎之。如果没有相适应的、好的建设条件和生产条件,没有真正可靠的技术保障能够避免这类窑的缺陷,最好不要冒险选用。
对于已经在使用一次码烧“烘烧连通窑”的生产线,有什么办法可以避免生产产品的严重质量缺陷呢?以下建议可供参考:
(1)设法降低坯体成型水分,控制在坯体入窑含水率不超过湿坯干燥临界点时的含水率;
(2)有条件的话把“烘烧连通窑”的一道窑门改造为两道窑门。如果改造两道窑门条件不可行,可以尝试在开启窑门进车时,通过调整变频器适当减少排潮风机的转数,或关小排潮风闸(因为窑门开启时排潮风机就已经减少了对窑内潮气和烟气的抽力),降低风机抽力,减少窑外冷风袭窑;
(3)采用泥料加热成型工艺,使坯体成型温度接近窑门里排潮气体温度,并且及时进窑不要“静停预干燥”;
(4)如果原设计码坯层数多,下层压裂严重,可以在窑车上码放一两层耐火砖或红砖做支架砖,减少湿坯的有效码坯高度;
(5)采取相关可行而有效措施,解决一次码烧工艺容易造成坯体质量缺陷的“六高”原因;
(6)降低进车速度,延长窑车进车间隔时间,按照能够保证产品质量的、科学合理的干燥周期、焙烧周期控制生产,不能随意单纯追求高产。
以上办法可能有效,但不敢保证能彻底解决一次码烧“烘烧连通窑”的所有缺陷问题。以上办法如果因条件限制不可行或无效,那最好还是改为二次码烧工艺,或还是一次码烧但另建隧道干燥室,把湿坯的干燥工序改到“烘烧连通窑”以外的场地或设施中进行,使“烘烧连通窑”仅为焙烧干坯体的焙烧窑。例如江西有家企业的一次码烧移动式环形隧道窑,按原设计一次码烧工艺没能生产出几块好砖,产品全是裂纹、破损等严重缺陷。后来改为把湿坯先在环形窑道内的圆型空地自然干燥到含水率接近临界含水率,然后再码放到移动环形窑焙烧,结果产品质量有很大提高,裂纹、破损砖很少,只是增加了操作工序和用人成本。还有,有两条一次码烧“烘烧连通”隧道窑的企业,改造为一条窑专门用作干燥室,另一条专门用作焙烧窑,也较好地消除了产品缺陷严重的问题,产品质量大大提高了,只是产量受到影响。这些虽然是企业的无奈之举,但总比停产关门和推倒重建损失要小得多,更比尽生产些废品砖给企业自己和给社会造成的损失小,也不失为解决一次码烧“烘烧连通窑”的缺陷问题的办法。
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