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他山之石,可以攻玉 ——赴欧洲考察学习烧结墙体材料先进技术见闻
文献:《砖 家》 2016年6月 总第24期 返回索引
添加日期:2016/7/8 14:45:14   浏览次数:1575   文章来源:中国砖瓦工业烧结技术信息中心   作者:梁嘉琪 湛轩业

作者简介:梁嘉琪:原贵州建筑材料科学研究设计院院长,教授级高级工程师。曾荣获多项省部级科技进步奖、优秀工程设计奖,是行业内享受国务院津贴的、有突出贡献的、有影响力的专家之一。

湛轩业,1953年出生,教授级高级工程师,从事烧结墙体屋面材料研发工作已有39年。曾在西欧有关大学、企业专门进修学习烧结砖瓦生产技术(获烧结砖瓦产品工业制造技术和窑炉焙烧技术两科资质证书);曾获各级科技进步奖、优秀工程设计奖多项;公开发表过的技术论文、译著等约三百多万字,主要作品有《中华砖瓦史话》、《现代砖瓦----烧结砖瓦产品与可持续发展建筑的对话》、《矿物学与烧结砖瓦生产》; 翻译有法国的《烧结砖瓦生产及其产品性能》、德国的《陶瓷材料挤出成型技术》和美国的《建筑黏土制品》等科技图书,编译有《砖瓦行业英汉——汉英技术词典》。在国际著名刊物上发表技术论文多篇,并与国外同行专家开展着合作研究,是行业内有一定影响力的专家之一。

摘要:内容涉及原材料处理工艺、挤出成型、切码运系统设备、干燥与焙烧技术、生物燃料焙烧技术及应用、产品种类以及建筑应用等方面。多角度、多视角了解欧洲烧结砖瓦工业的现状与先进技术,并联系国内砖瓦行业的实际,在分析我们与欧洲存在的差距的基础上,针对当前行业处于转型升级的关键时期,提出努力的方向和改进工作的建议。

关键词  欧洲考察  先进技术  烧结墙体材料  

1、前 言 

受法国赛力克公司和德国凯乐公司的邀请,我们有幸参加科达机电股份有限公司赴欧洲考察组,在2015年先后两次对欧洲烧结砖瓦研究机构、生产企业进行了考察。在赛力克和凯乐公司的热情帮组下,我们顺利完成了考察学习任务,取得了丰硕的成果。

近年来“二次码烧”生产工艺在我国发展很快,在烧结空心砖、保温隔热砌块和高档清水墙装饰砖等制品中,以及在利用淤泥、污泥和建筑垃圾为原材料的烧结墙材项目中,绝大多数都采用了“二次码烧”生产工艺和相关的技术装备。但是我国“二次码烧”生产工艺和装备技术与欧洲相比,仍然存在很大的差距。我们需要学习欧洲的先进技术和先进的工艺,加快行业科技进步的步伐,为行业在新时期的结构调整、转型升级做出贡献。

在欧洲期间,我们先后赴法国、德国和奥地利,访问了法国赛力克(CERIC)公司和德国凯乐(KELLER)公司,考察了维也纳山 (Wienerberger)旗下的烧结保温隔热砌块生产企业,访问了赛力克(CERIC)公司、 凯乐(KELLER)公司以及相关烧结墙材产品的生产工厂。考察的内容涉及到原材料性能检测与评价、原材料处理工艺、挤出成型、切码运系统设备、干燥与焙烧技术、生物燃料焙烧技术及应用、产品种类以及建筑应用等方面。赛力克公司和凯乐公司为我们作了精心的安排,从公司总部到实验室,从生产线到装备生产车间,从不同的产品生产到建筑工地,还专门安排我们参观了欧洲现代的和历史悠久的烧结砖建筑群等,内容充实和丰富。

2、考察的行程

这次考察,我们先后访问了法国赛力克(CERIC)公司和德国凯乐(Keller)公司;参观了法国维也纳山旗下的烧结空心保温隔热砌块( Porotherm)生产工厂、法国生物燃料(Bouyer leroux)焙烧的空心砌块生产工厂、法国的屋面瓦(KORAMIC)生产工厂、位于法国里昂市附近的隔墙空心砌块生产工厂;参观了德国保温隔热砌块(POROTON)生产工厂、德国填充无机保温隔热材料的烧结砌块(Wolfgang Brunk)生产工厂;参观了奥地利北部地区——海鼎的填充矿棉板的保温隔热砌块生产工厂;在德国莱纳市参观考察了正在使用烧结装饰砖、保温隔热空心砌块、隔墙空心砌块、装饰砖和楼板空心砌块等新型烧结材料的建筑工地。整个行程安排得紧张有序,以至于我们没有多余的时间去游览欧洲著名的景点。

3、考察的收获

欧洲是是世界上经济最发达的地区之一,也是烧结墙体材料最发达的地区。在烧结墙体材料的制造上,不论是产品结构,还是技术装备都是处于世界领先水平。从安排参观考察的烧结空心砌块以及无机保温隔热材料填充的烧结砌块生产线、烧结隔墙空心砌块生产线、烧结装饰瓦生产线和机械装备制造车间看,欧洲确实走在世界的前列,许多方面都值得我们学习。

欧洲的烧结墙体材料工厂几乎全部是采用“二次码烧”生产工艺。经过上百年的发展,欧洲的烧结墙材装备制造已经集中在少数几个知名的大公司中,例如这次考察的主要对象——赛力克公司和凯乐公司,集约化、集团化和规模化的市场早已形成。德国凯乐公司从事烧结砖瓦机械设备、干燥室、焙烧窑炉经过了上百年的不断发展;法国赛力克公司,特别是在干燥和焙烧、新能源利用等方面也已经过了半个多世纪的不断发展,都积累了丰厚的技术经验以及底蕴,很多方面都有值得我们借鉴和学习的宝贵经验。而我国烧结砖机械设备制造企业的单位产值要小很多,几乎没有一家公司能够与之相比。

3.1  设备制造商的服务理念

欧洲公司显著的特点是,他们从原材料开始到产品生产出来,再送到工地一直到应用为止,不仅服务链很长,而且具有针对性,换句话讲,每一套设备都是根据用户的情况量身定制的,是按照用户的要求进行有针对性的服务,不是单一的只销售设备。把“整体解决方案”或“创造性整体解决方案(即从原材料到成品的处置方式)”作为服务客户的宗旨。每个公司都配备有先进的、完整的原材料性能测试设备,甚至配备了小型工业性实验的干燥和焙烧装置,由具有相当丰富经验的工艺、热工技术人员为用户直接服务。

赛力克公司总裁瓦格纳先生告诉我们,公司对每一单生意都是有针对性的,必须对原材料的特性和产品的性能负责。因此欧洲的设备在出厂之前是根据用户特有的原材料性能和产品的类别而专门设计的,项目成功率非常高。从这一点上讲,与我们相比差距非常大,中国的砖瓦机械装备行业还处在粗放的原始的状态,所生产的机械设备或是干燥室、窑炉,根本不能与原材料(混合料)特性以及产品的种类相适应,也就无从谈起有效的技术服务和技术支持。

3.2 产品的结构

     欧洲烧结墙体材料制品主要类别有:烧结隔墙空心砌块(如法国里昂市附近工厂的两条生产线专门生产隔墙砌块)、烧结保温隔热砌块、烧结填充空心砌块(使用无机保温隔热材料如矿棉板、轻质硅钙材料)等;另一类是烧结清水墙装饰砖系列;第三类是烧结瓦系列;最后是市政用砖系列,例如道沿砖、铺路砖、广场砖、园林砖、烟囱或通风管道专用空心砌块、模板砌块、过梁砌块、窗台泛水砖等等,品种繁多、门类齐全。

这么多的品种源于欧洲对烧结类墙材性能的认可与喜爱,特别是欧洲砖建筑的市场特别广阔,也促进了烧结墙材特别是具有保温隔热性能的烧结砌块得到了很好地发展。

    印象深刻的产品还有隔墙专用烧结空心砌块、楼板空心砌块、窗门洞过梁砌块(和预应力钢筋混凝土复合)、可断热桥的圈梁模板砌块、构造柱专用模板砌块、烟囱(通风道)砌块等。

中国生产烧结砖迄今至少有5500多年的历史,产量居世界第一,但我们无论产品的结构还是产品的质量都落后于欧洲,我们大量生产的烧结砖制品还是粗放的抵挡产品,确实差距比较大,值得我们深思。

3.3 原材料的精细化处理

对原材料的精细化处理,是我们这次欧洲考察得到的深刻印象。所到之处,看到的每一条烧结砖瓦生产线,都对原材料的处理都非常讲究,这是生产高品质产品的根本保证。主要有以下几个特点:1)多种原材料搭配,没有见到采用单一原材料的,一般是两种和两种以上的原材料搭配使用,例如黏土、河道淤泥、造纸厂污泥等;2)轮碾机和高速细碎对辊机是标准配制的原料处理设备。对辊机的间隙可达0.5~0.8mm。显然多种原材料的搭配,轮辗机发挥了关键性的混炼作用;而对辊机对原材料细度的控制起到了不可替代的作用;3)讲究对原材料的预均化(stockpile;水平铺设堆垛,垂直取料)处理,保证了原材料在进入生产线之前的物理化学性能更趋于稳定;所有的生产线都采用“坑式陈化库”对原料进行陈化处理;4)基本上都是以天然气为燃料,没看见用原煤做燃料的生产线,所以欧洲见不到“内燃烧砖”这种在中国非常流行的生产线,这是欧洲对环境保护有严格要求所致。

在对原材料处理的重要性认识上,我们的确与欧洲同行存在着较大的差距,如对轮碾机的功能的认识上就有很大不同,轮碾机就其破碎功能而言是定位于中碎设备,其主要功能是两种或两种以上密度相差较大的原材料的混炼设备,但我们将其用在了细碎上。轮碾机对两种或两种以上密度不同的原材料的混合碾练,效果非常明显。可惜由于认识上的不同,国内至今没有人重视大型轮碾机和大型对辊机的开发。

3.4 成型设备的自动化

采用螺旋挤出成型是欧洲烧结墙体材料主流成型的方式,这一点与我国情况相同。本次参观考察没有见到其他的成型方式,例如半干压成型、模箱式挤压成型、活塞挤出成型等。有趣的是,法国赛力克公司独有的比较独特的“水平真空挤出机”,在我国也称“卧式挤出机”,这种挤出机很有特色,主要的优势就是节约能源(电耗),它同时可挤出8根泥条。德国翰德尔公司和利特公司的双级真空挤出机最常见,而且均为上下级结构。但欧洲似乎没有“硬塑挤出”的概念,几乎都是采用“软塑挤出”或称为“半硬塑”的方式进行生产,这与欧洲主要以空心制品为主有很大关系。

值得我们学习的是每条生产线上都配备有成型水分自动控制装置(安装在圆盘筛式给料机处),可视数字式的挤出压力显示器(安装在双级真空挤出机机头处)等数字传感器,使得挤出机的工作过程完全进入了自动化控制状态。我国现阶段唯有欧帕公司开发出了挤出泥条在线速度监控设备,但还没有得到大面积的推广应用。

相比之下,国内生产制造的挤出机大多数需要要有专人看守,控制手段非常简陋,挤出机成为了全自动化生产线上的一个“断点”(或称为障碍)。我们在西欧看到的生产厂家,其挤出机根本无人值守,完全处于在自动化的运转状态下。单从此点看,国内的挤出机配置有待优化的空间还很大。

3.5 隧道窑与干燥装置

考察所见,欧洲的烧结墙材工厂中几乎全部是隧道窑,而且大多数是“铠装式”隧道窑(casing tunnel kiln;类似于我们说的“装配式隧道窑”),断面宽度从4m到10m不等,砌筑式隧道窑很少见,只有在有几十年历史的老砖厂里才能见到。各种规格的隧道窑都是由设备制造厂家根据用户的特定情况而量身定制的,换句话讲,隧道窑是由设备制造公司负责设计、制造和安装的,没有我们国内数量众多的“窑炉公司”这个环节。

由于普遍采用“二次码烧”生产工艺,欧洲的隧道窑产量都很高,一座8m宽的隧道窑就能达到1.5亿块(折合中国普通砖体积)以上的年产量,确实非常壮观。

干燥工艺主要流行有三种形式:1)隧道式干燥室;2)快速干燥器;3)室式干燥室。前两种应用较为普遍,而室式干燥室仅在一家历史悠久的老砖厂考察时看见。安卓快速干燥系统(ANJOU dryer system)是法国赛力克(CERIC)公司开发的快速干燥系统,属于典型的“内部循环”干燥系统。安卓干燥系统工作简单、可靠,维修费用低,它适用要求快速干燥的空心制品和高档制品,是生产高空洞率、大尺寸、薄壁制品最佳的干燥解决方案。现在赛力克公司对安卓干燥器的砖坯托盘进行了改进,以满足尺寸较小的清水砖和多孔砖的干燥需要。

快速干燥器的干燥周期仅仅2~4小时,规模从250~1200t/天。这么快的干燥速度,着实让我们感到惊讶。安卓快速干燥器的原理是循环气流在制品的周围和孔洞中流动,使制品的表面和内壁都暴露在气流中,而且保证对于制品的每一个孔洞都进行干燥,而不是只针对制品外表。

值得我们注意的是,欧洲流行的干燥系统都是“体内循环”上下架系统,其特征是无论上架还是下架都是在干燥室之内完成的。干燥室之外不再有干燥车,当然也没有令人烦恼的托板和相关的输送系统,工艺过程变得非常简单,减少了很多不必要的环节。

除了赛力克公司的安卓快速干燥器外,欧洲还有其他形式的快速干燥器,例如意大利卡布奇里(CAPACCIOLI)公司和法国可莱亚(CLEIA)公司开发的“平面循环”快速干燥器,它们都有异曲同工之妙。如果把安卓快速干燥器视为“立体循环”的体内循环系统,则其他公司的干燥器则是采用“平面循环”的内循环系统,只是循环方式不一样,但干燥的效果是完全一样的。

3.6、燃料结构以及生物燃料焙烧技术

由于欧盟有严格的环保规定,工业窑炉必须使用洁净能源作为燃料,原煤是不能直接利用的,需要经过洁净化处理才能使用,所以欧洲的烧结砖厂中采用最多的燃料是天然气。另外欧盟鼓励采用各种形式的生物类燃料,如垃圾处理厂产生的沼气,或是直接使用生物质燃料(如木屑、秸秆、稻壳等)作为烧结砖的燃料。

法国赛力克公司在运用生物质燃料方面推出许多新技术,该公司把木屑、秸秆、稻壳等生物质材料加工处理后,用喷射装置送到隧道窑内直接燃烧,焙烧出来的产品与天然气焙烧的产品质量完全相同,非常值得我们学习。

3.7、打包与自动化

从这次参观考察的这些砖厂可以看到,欧洲的烧结砖厂的自动化程度是很高的,所有的产品都要经过打包之后才能出厂,没有看见人工装车这种传统的方法。与我们不同的是,欧洲几乎都是有托盘的打包方式,并且广泛使用热塑模包装。

车间里的自动化水平也很高,计算机和机器人已经广泛地应用到生产线上,往往车间里只有几个人在管理。相比之下,我国砖厂的自动化进程才刚刚开始,具有很广泛的市场。

3.8 建筑中的应用

参观途中,在德国北部莱纳市我们看到了正在使用烧结保温隔热砌块、清水墙装饰砖、烧结隔墙空心砌块、烧结屋面瓦施工的一处民宅。的确,烧结墙体屋面材料在西欧不但产品质量高,而且也被广大的民众所认同。实际上,烧结墙体屋面材料在西欧普遍被认为是一类具可持续发展特质的建筑材料。

图12 德国北部莱纳市的乡村烧结砖瓦建筑及施工现场

4、欧洲考察回来的建议

目前,我国烧结墙材行业正在处在一个关键的转型期,在市场不景气的大环境下,传统的观念已经不适应发展的需要,我们需要从我国墙体材料行业的实际出发,学习和借鉴欧洲的先进技术和理念,调整产品结构,在利用洁净能源、发展相关装备、开发新的产品、走集约化的道路等方面找到出路。

4.1 发展新型隧道窑和干燥器

装配式隧道窑的技术研发、新型干燥室的开发以及相关配套的“切、码、运”上下架系统设备的开发,是今后行业的重点,因为这是产品结构调整所需要的技术和装备支持,没有这些技术和装备做基础,产品结构的调整就是一句空话。

随着我们与欧洲不断的交往和合作,我们在国外先进的技术中汲取营养,在装配式隧道窑在开发过程中充分考虑到不同的燃料结构(气体燃料、固体燃料、外燃+内燃)以及控制技术,开发出适应我国特点的新型隧道窑和干燥室,满足不同产品结构的需要。

实质上讲,烧结墙材生产中最重要的工序之一就是干燥。国内现有的干燥方式太粗放、太落后,必须开发出能够适应于我们多种产品需要的,节能环保的新型干燥室,以满足砖瓦行业不断发展的生产需要。

4.2 重视原材料实验室的建设

烧结墙材行业的特殊性在于使用多种不同性能的原材料来生产不同性能、不同类别的产品。众所周知,由于各种原因,在国内还没有建立起完整的、科学的用于烧结砖瓦原材料的评价体系。现在用于烧结砖瓦的原材料种类繁多,性能各异。事前做好原材料的正确评价、科学评估,改变目前上项目盲目的状况,对科学指导生产、合理采购设备和避免损失等方面都有积极的作用。

有条件的企业争取配备原材料性能测试设备以及可用于小型工业性实验的干燥、焙烧装置,并应配备有相当丰富经验的工艺、热工技术人员。力争做到每一单生意都是有针对性的,必须要对原材料的特性和产品的性能、生产工艺全过程负责。

4.3 开发轮碾机和对辊机

我们要改变“重挤出成型,轻原料处理”的现状,加快发展轮碾机和对辊机的研发速度。高速细碎对辊机是欧洲最常见的重要设备,国外最先进的高速细碎对辊机的间隙能够达到0.5mm,装配有液压调控间隙装置,气动双刮板系统,高精确度的辊圈磨削装置,过载保护装置和低速检速仪,以及液压藕合式离合器。辊圈是由高度专业化的耐磨材料工厂生产的高铬镍合金制造的,在整个辊圈厚度上的硬度(HRC65)是一致的,使用寿命(不断磨削)可达15年以上。高速细碎对辊机最大的辊子直径达1200mm,辊子的宽度可达1500mm。图13为德国瀚德尔公司生产的对辊机照片。

图13、德国瀚德尔公司的高速细碎对辊机

轮碾机分为干轮碾机(碾盘旋转)、湿轮碾机(碾轮绕立轴旋转)。砖瓦行业多用湿轮碾机,而湿轮碾机又分为带槽孔板及边缘卸料的两种形式。轮碾机对两种或两种以上密度差别大的原材料的混炼效果非常好,特别是保温隔热砌块微孔形成剂与粘性原料的均匀混合。轮碾机在破碎功能上被定位于“中碎”。在欧洲轮碾机是砖瓦行业常见的重要设备之一,因而有许多设备厂家制造,如英国的C+F公司、德国的瀚德尔、利特公司、西斑牙的维德斯公司、意大利的柏岱斯蒂公司等。西欧轮碾机的产量都比较高,最大的可达140t/h。

图14、欧洲常见的轮碾机

(有5种规格,产量从20t/h到150t/h)

圆盘筛式给料机与轮碾机和对辊机一样,也是欧洲砖瓦厂中最常见的原料处理设备,被我们成为原料处理中的“三剑客”,起作用不可小觑,它的产量可达50m3/h;收集盘直径可达3200mm。主要特点是在此设备上装配有水分自动控制装置,也是生产高档次产品的必需设备。

图15、生产线使用中的圆盘筛式给料机

4.4 国内烧结砖瓦机械设备厂家、窑炉公司必须应对的挑战

中国作为世界上烧结砖瓦生产量最大的国家,其总产量早已超过了世界总产量的一半以上。因此,西欧、北美等发达国家的同行也时刻注视着中国烧结砖瓦工业的发展。奥地利维也纳山集团公司在北京设立的销售机构已经在中国大陆使用西欧生产的高档次烧结砖瓦产品建造了20多个项目,其最终目的就是要进入中国市场;在印度维也纳山集团公司在前几年就建起了烧结空心砌块的生产线,最近还要建设新的生产厂;西班牙弗迪斯(Verdes,过去翻译为维德斯)公司在印度建立了机械设备制造工厂和技术服务中心,已开始向印度及周边地区提供烧结砖瓦产品的机械设备和技术服务……。

其实西班牙弗迪斯公司进驻印度这对中国制造的设备进入南亚、东南亚都构成了重大的影响。在世界经济趋于大同的状况下,中国的烧结砖瓦机械设备制造厂家也不可能置身其外,唯有抓住机遇,强化技术进步,提高设备自身技术含量及质量,舍此,别无选择!因为今天的市场也许明天就变成了别人的市场。性能低下的设备和窑炉不可能制造出高档次的产品,“一带一路”走出去需要的是质量、性能和技术,廉价的、粗糙的产品是不可能长久的。

4.5聚全行业之合力,开展墙体材料“全生命周期”评价研究,扭转对烧结墙材认识上的误区

墙体材料革新几十年来,何为“新型墙材”,一直缺乏正确的判定依据。不开展墙体材料的全生命周期评价研究,就无法正确地回答“应该发展什么墙材?”南非、巴西、澳大利亚、南韩等这样国家都对墙体材料进行了相关的全生命周期评价研究,唯独中国这个全世界使用墙体材料体量最大的国家,没有进行这方面的研究,也给墙体材料的无序发展和混乱的局面造成了一定的影响。

中国是有中国的特殊国情,但是在发达国家以及某些发展中国家都把烧结墙体屋面材料作为具有可持续发展特质的基本建筑材料,为何在中国会有不同的境遇?不解决思想上的认识问题,烧结墙体屋面材料的发展前景依然堪忧!

 5、结束语

有差距才有动力,通过对欧洲烧结制品行业的考察,我们看到了差距和存在的问题,同时也看到了努力的方向。当前正值我国墙体材料行业结构调整、转型升级的关键时期,智者在疲软的市场里发现商机,愚者在有商机的市场里看见疲软,只有被淘汰的企业,没有被淘汰的行业,所以我们要抓住国家推进“一带一路”的大好时机,积极探索发展之路,可以说现在抓紧时机正当时!

最后,感谢赛力克公司中国区经理蒋锦凯先生,感谢凯乐公司中国区经理张燕女士,为我们这次欧洲考察之旅所做的细致安排,并且一并感谢考察组全体成员所付出的努力。