摘要：国内内燃焙烧“一次码烧”隧道窑工艺中，隧道窑的布置存在两种方式，一种是干燥窑与焙烧窑平行布置的折返式双通道形式，另一种是干燥窑与焙烧窑连接的直通道形式，此类“直通道一次码烧隧道窑”，湿坯窑车进入隧道窑后，需要满足湿坯的干燥质量，不变形，不开裂，干燥均匀充分等条件，同时，必须满足产品烧成温度、最高允许烧成温度、烧成温度范围、焙烧线收缩率、保温时间及冷却性能等焙烧工艺性能要求，更重要的是，必须满足预定的产量要求。就干燥与焙烧两个环节而言，影响因素不同，并且影响因素交叉。根据影响干燥效果的相关因素分析，原料性质、制品规格、成型工艺、码坯方式、工艺布置、干燥窑结构、干燥介质、干燥曲线、干燥速度、热工仪表设备、操作管理、环境条件等因素，都对干燥效果产生影响，从而影响产品质量、产量和企业效益。这就使得“直通道一次码烧隧道窑”的运行，要比其他干燥焙烧隧道窑的控制，更加复杂和“娇气”，必须精心、细致，否则成品质量缺陷多、产量低，两种结果会分别出现或同时出现。

关键词：隧道窑结构性能、缺陷原因、解决措施

一、工艺现状

吉林通榆县金玉建材公司，是一家新型墙体材料烧结砖大型企业，建成投产4年来，采用“直通道一次码烧隧道窑”工艺，利用当地盐碱土、以及煤矸石为主要原料，通过原料制备、陈化、大型双级真空挤砖机成型、自动化编组和机械码坯、4.0米宽断面隧道窑干燥焙烧（长176米）、机械卸砖及堆码，日产量达到23万块普通砖，该企业已经成为吉林省白城地区生产技术先进的建材企业。

该厂工艺过程及部分技术参数如下。

1、工艺过程及参数

盐碱土堆放时间：8个月、含水率20%、其中粘土约70%，硅质细粉料为30%。

粘土块度最大为300×200mm，分解后，粘土颗粒极细。

煤矸石粉：细度：4mm，含水率10%。

两组分原料，分别经装载机给料，进入箱式给料机，煤矸石粉经体积计量，与盐碱土混合，进入双轴搅拌机搅拌，搅拌段长度为1.5米，由于原料含水率较高，搅拌过程没有配水。搅拌混合后，混合料进入一次对辊机，对辊间隙为15mm左右。对辊破碎后的混合料进入可逆式布料机和陈化库，陈化时间约2天；

出陈化库混合料经双轴搅拌机加水搅拌，搅拌段长度为1.5米，进入双级真空挤砖机，切条切坯后，由机械码坯机夹码窑车。

双级真空挤砖机下级电动机功率：280kw、工作电流：300~400A；成型水分：17%；真空度：0.08MPa；

窑车规格：4.0×4.1米；

机械码坯：一次夹码普通砖476块；

垛型：4压9、1×1米垛共4垛（四角）；

3压8、0.75×1米垛共4垛（四边中部）；

3压8、0.75×0.75米垛共4垛（窑车中部）；

码高：普通砖13层，每辆窑车容坯量为6188块。

湿坯静停车位：2×15辆；

简易预干燥：15辆（见图8）；

2、自建干燥主要技术参数

自建干燥窑规格：截面4.0米，长度60米，容车量为15辆。

送热及排潮均采用直径1.4米轴流风机各一台。

送热风温度：130℃，排潮温度：50℃。

3、直通道一次码烧隧道窑规格

截面4.0米，长度176米，容车量44辆（原设计为40辆）。

其中，干燥段17车位，长度为68米，窑顶设置14号轴流风机，采用顶送风，中部纵向烟道向窑道内送热的方式，窑车平面两侧哈风口排潮，尾气经支烟道、总烟道进入20号离心风机送入脱硫设施，达标后排放。

剩余27车位为高温带、保温带和冷却带，长度为108米。第22至26车位开始设置9对哈风闸，第34车位处设置换热水箱，第35车位处设置空腔换热，余热烟气与9对哈风内置烟道汇合，作为干燥介质送入窑顶14号轴流风机，通过顶送风，中部纵向烟道向干燥段窑道内送热进行干燥。

运行中，采用7对哈风闸，提闸高度分别为30、60、80、130、150、110mm，部分烟热分流经哈风口，绕过16至22车约6个车近24米，经窑顶14号轴流风机，又送入窑内。

直通道一次码烧隧道窑结构及温度分布示意图见附图1、温度曲线示意图见图2。

二、产品质量缺陷现象

金玉建材公司生产线，虽然经过多次调试，增加简易预干燥、增加自建干燥窑，产品质量最终效果并不理想，长期保持图1所示的控制方式，生产过程中，出窑烧结普通砖质量缺陷较多，在此条件下，即便有空心砌块的市场需求，却不能组织生产。

经检查，合格产品和产品质量缺陷分别出现在：

砖垛第一层（由上向下计算）成品，敲击哑音，第2、3、4、5、6层成品较好，音质正常，而第7、8、9、10、11、12、13层成品音质较差，同时存在条面裂纹、断砖等产品缺陷，普通砖强度标号不高。见以下图片9。

出车端产品检查认为，窑车平面分别码放16垛砖坯，四角1×1米垛的4垛产品中下部；四边0.75×1米垛中下部；中部0.75×0.75米垛中下部，均存在裂纹砖。上下条面裂纹严重，裂纹扩展形成断裂，断砖，过烧变形（第一、三、五幅）。部分产品大面显示螺旋纹痕迹，砖坯码放角部搭接时，四角不密实形成大裂纹，造成缺角（第二、五幅）。

在第12层及13层，出现断砖。

成品敲击时，声音嘶哑，哑音砖的特征明显。中部产品表面泛白现象普遍。砖垛顶层砖虽然缺陷少，存在哑音。

三、裂纹、哑音质量缺陷原因分析

根据生产线运行、管理现状，烧结普通砖产生裂纹及哑音的影响因素较多，可归纳为以下几点。

1、原料配比的影响

盐碱土原料中粘土约70%，硅质细粉料为30%，大块粘土与硅质细粉料通过场内汽车转运，没有分别堆放，再进行配料，粘土与硅质细粉料的适宜配比只能模糊控制，粘土比例较高时，产生质量缺陷。

虽然提前采用高压水冲浆，水泵抽取堆积沥水，固体物浓缩，堆放过程缺乏风化作用，类似生料制砖，在焙烧后，其产品往往强度低、产品脆、裂纹多、断砖多，敲击音偏哑音。

2、成型中因粘土和硅质细粉料颗粒细，煤矸石粉料掺配量低，混合料没有适宜的粗颗粒料，颗粒级配较差，粘土塑性高，混合料内摩擦力小，出现成型螺旋纹，干燥和焙烧出现裂纹，成品出现哑音。

普通砖湿坯砖垛码放密度高，各部位湿坯干燥过程中脱水快慢不一致，水蒸气蒸发膨胀应力，引起坯体微细裂纹和断砖。干坯残余水分不均匀，在焙烧段升温较快时，脱水速度快，水蒸气蒸发造成裂纹，成品出现哑音、排潮不畅时，砖坯表面泛白。

3、湿坯静停时间较长，造成坯体返潮，返潮后，结构疏松，进入预干燥、干燥段后出现再次升温干燥，出现质量缺陷，高温焙烧后，成品容易出现哑音。

4、湿坯成型时，由于机械码坯的需要，湿坯必须具有较高的强度，不得已，只能采用较高真空度成型，真空度偏高，坯体致密度大，内扩散阻力大，传质扩散速度慢，水分移动蒸发慢，湿坯进入干燥和焙烧环节后，所需干燥时间只能延长，缓慢，避免干燥过快，否则，坯体内部出现微细裂纹，在焙烧升温时，同样应缓慢平稳，如为保持进车时间，砖垛中部坯体必然出现裂纹和断砖。

5、针对窑热工结构及热工系统控制重点分析如下。

砖坯进入“直通道一次码烧隧道窑”后，根据附图1、2显示的结构和系统温度分布情况，干燥坯坯体温度升温到15车位的360℃，而到17车位后，却被急冷到260℃，随后又由260℃急速升温到22车位的660℃，坯体经历两次热膨胀作用，对坯体整体结构疏松造成影响。考虑到垛内外坯体的残余水分不均匀程度较大，成品裂纹和哑音缺陷数量增加。与此同时，在窑内34、35车位处的换热水箱吸热和风机抽余热，砖坯急冷，产生石英晶体转化收缩，出现制品哑音或开裂。

此外，根据计算，焙烧隧道窑进车时间为39分钟，窑内三带分布仍然按照原设计结构，烘干加预热带约为22车，温度达到660℃，由660到980℃，为6车位，由980保温到800℃，约5车位，及进入换热水箱，存在吸热影响。接着存在风机抽余热哈风闸，砖坯温度降低较快。估计此位置砖坯温度约500℃，约6个车经历234分钟，3.9小时，温度由980降低到500℃，下降温度为480℃，温度降达到120℃/时，与焙烧工艺要求和烧成温度曲线不符，降速偏高。一般情况下，一次码烧隧道窑焙烧工艺冷却带，每小时降温约50~80℃。

全窑中预热和高温带为22+6+5+3=36 车，剩余8车，而又在出车端第三，四车位侧墙，开冷风进风口，使得隧道窑冷却带的长度减少到仅6个车左右，出窑砖坯温度较高，砖坯表面泛白。

全窑热工系统中，控制措施以22至26车位的7对哈风闸调节应用为主，依靠图1窑顶上干燥送热14号轴流风机（30kw、1450rpm）的负压，对出车端入窑空气进行作用，而20号离心风机（55kw、580rpm）在低转速运行。由于窑内系统阻力高及轴流风机动压低的特性，使得窑道内空气流量不足，通过砖垛截面气流不均，高温带截面温度差异较大，砖垛中部产品缺陷多。

依靠窑顶干燥送热14号轴流风机出力为主，20号离心风机为辅作为全窑热工系统的控制措施，不能克服176米长窑的系统阻力，空气流量低，窑内温度分布不均，成为产生质量缺陷的主要原因。

砖垛中下部成品质量缺陷，与窑车砖坯内外水分不一致有关，由于烟热通过哈风闸分流，使得15车位到23车位到升温过程中，外部砖坯因水分低，因而缺陷少，而内部水分高，脱水速度快，裂纹及断砖缺陷集中，数量多。

顶部无裂纹和断砖，但因急冷，产品出现哑音制品。

如上所述，根据生产线日产23万块普通砖的运行现状，同时根据生产过程中的产品缺陷现象，金玉建材公司产品裂纹、哑音、泛白的主要原因可归为三类。

第一类原因，原料性能差异，粘土和煤矸石粉细度低且没有适合的颗粒级配，配料效果差，搅拌混合、对辊破碎较粗放，均化效果差，成型时真空度高，湿坯在干燥过程中，开裂倾向大。

第二类原因，普通砖砖垛内外砖坯残余水分差异较大，脱水速度不能保持均衡，在“直通道一次码烧隧道窑”内，砖垛内部坯体升温过急，造成裂纹、断砖和泛白等质量缺陷，集中出现中砖垛内部。 

第三类原因，主要是“直通道一次码烧隧道窑”（176米长窑）结构和热工系统控制不合理，不能满足克服长窑系统阻力，窑内空气流量低，气流动压小，不能满足干燥所需干燥介质必须具有一定温度、较低的湿度、适宜的流速、较高的流量和较大水蒸气分压差。

应该说，窑炉结构缺陷及热工系统控制不合理是“直通道一次码烧隧道窑”出现质量缺陷的主要原因。

四、克服哑音、裂纹和泛白的解决措施

根据金玉公司生产线条件，针对产品哑音、裂纹和泛白等质量缺陷，采取的解决措施如下。

1、原料的工艺制备

该厂盐碱土必须提前开采，采用了高压水冲浆，然后水泵抽取堆积沥水，固体物浓缩后，汽车运输到厂堆放，厂内堆放时间8~10月。

建议在开采前，对盐碱土表层粘土数量较多的土层，采用挖掘机开采，汽车运输到厂单独堆放。对盐碱土下层砂土，开采后同样单独堆放，隔年应用时，单独对粘土采用旋耕粉碎机进行分解，减小粘土在砖坯中的颗粒，提高配料均匀性，减小湿坯开裂倾向，提高湿坯强度。当采用刨刀式对辊机、筛式捏合机等设备对粘土原料进行处理时，同样改善湿坯成型性能和干燥质量。

现有高速细碎对辊机，可根据产品要求，控制对辊间隙小于3mm，满足混合料陈化的生产要求。

工艺线中两台搅拌机，由原强力搅拌机功能简化后运行，搅拌段长度较短，约为1.5米、两轴中心距小，搅拌均匀性较差，对混合料的陈化贡献作用较小，建议搅拌段加长。提高混合料在陈化库的均化，满足空心砖的成型质量要求，避免砖坯裂纹的产生。

出陈化库混合料，应增加配置一台高速细碎对辊机，加强混合料的破碎及均化，改善陈化库粗颗粒离析后对干燥质量的影响。

加强原料制备，是该生产线实现提高普通砖产量和质量的基本条件，否则，只能降低日产量要求，以达到减少哑音和裂纹缺陷。

加强原料制备，是该生产线实现空心砖生产的基本条件，如果不能很好地解决，空心砖生产过程中，废品率较高，正常生产难以持续。

2、针对直通道干燥焙烧隧道窑的调控措施

A、针对44车位焙烧隧道窑的20号离心风机、14号轴流风机的功能和运行情况，逐步提高20号风机转速，变频调速器控制为40~45HZ，逐步提高全窑内空气流量和烟气动压，降低残余水分、加强排潮，改善焙烧隧道窑烘干段、预热段15至22车位的温度分布，避免砖坯“陡降急升”式的二次升温过程。通过变频调速器控制，逐步减少哈风闸的使用，直至哈风闸将全部关闭，降低窑顶14号送热风机的转速，减少该14号轴流风机抽送热风对焙烧隧道窑烘干段、预热段温度制度稳定的干扰影响。

B、针对自建15车位干燥窑，其送热的14号轴流风机，其运行状况不宜改变，现依靠一对哈风闸抽取烟热，维持现有干燥条件，保持现有干燥质量，其风量、风压、温度和转速，与现有控制要求保持一致。当隧道窑余热空腔换热系统完善后，原有哈风闸将全部关闭，干燥介质全部采用冷却带余热。

C、烘干段、预热段的升温曲线，应严格控制，在22车位680℃前，升温曲线平稳，实现脱水速度基本一致，避免坯垛中下部残余水份差异因素，造成对砖垛中第7、8、9、10、11、12、13层成品音质较差，且存在条面裂纹、断砖等缺陷，强度标号不高。

D、隧道窑的高温带应逐步控制在26~28车位，保持烧结温度980℃，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。随着全窑通风量的增加，窑内干燥和焙烧速度能够保持均衡一致。

调整后隧道窑的温度曲线见附图3。

附图3温度曲线显示，干燥预热段内1至19车位区间，温度平稳上升，原有二次升温现象消失。

同时，原有9对哈风闸，调试期间，仅用一对闸，保证自建干燥窑的干燥介质供应，其余8对闸完全关闭，减少对15至22车位砖坯平稳升温的影响。

五、措施实施及效果

根据确定的焙烧隧道窑温度曲线，分别对20号离心风机、14号轴流风机变频调速器进行调整。对焙烧隧道窑烘干段排潮闸进行调整。

通过调整风机转速、闸阀数量和高度、温度曲线控制等措施，改变原焙烧隧道窑烘干带、预热带的控制方式，使得焙烧隧道窑烘干、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。

取得效果如下。

1、烧隧道窑四带长度范围内的各测温点，基本实现与制定的温度曲线相吻合。

2、根据现有进车的时间要求，隧道窑四带长度范围内的各测温点温度能够保持稳定，控制难度和复杂性降低，根据焙烧进车时间、高温带范围、产品质量，调整20号风机变频调速器在40~45HZ范围内，能够有效、快速地调整和控制隧道窑。改变了原14号、20号两台风机同时调整，离心风机出力少，交叉影响的弊病，简化了隧道窑操作方式，提高了产品质量，降低了运行电耗。

3、出窑成品裂纹、哑音缺陷数量大幅度减少，砖垛外表面泛白产品消失，砖垛内部产品泛白数量减少，产品质量得到较大提升。

4、窑内氧化充分，产品强度提高，出窑砖温度降低，为降低焙烧能耗创造较好的条件。

5、随着内燃掺配料准确程度提高，自建干燥窑干燥控制条件完善，原每40分钟进一车能够缩短，为提高产量创造条件。

6、根据调整20号离心风机后的运行状况，停止了14号轴流风机的运行，并将该风机进风口完全封闭，取消窑顶送热风的干燥方式，干坯干燥质量提高，窑内高温带火色清亮，热工制度控制简便。

7、出窑砖温度降低，氧化程度提高，原有泛白产品数量大幅度降低，中部产品哑音、裂纹、断砖、变形等质量缺陷减少。废品率由原来1.5~2%左右降低到1%以下。每天进车数量达到45车，产量提高20%以上。

解决措施实施后，连续3天出窑成品见图片10。

六、建议

针对金玉建材公司生产线目前的条件，以及当地空心砌块的市场需求，有必要进一步完善相关工艺环节，建议如下。

1、加强原料制备，完善开采、堆放、配料及设备性能，为空心砖生产提供技术准备，同时为普通砖生产降低生产成本，提高产量提供条件。

2、34、35车位的换热水箱缺乏保温措施，应对其热量消耗、水消耗、热水功能作用效益、运行费用进行评估，建议取消窑上换热水箱，选择其他供热供暖方式替代，改善产品在窑的保温带的急冷现象，降低焙烧热量消耗。

3、自建干燥隧道窑的干燥介质热源，应改为采用隧道窑冷却带余热的方式，能够进一步降低生产能耗。

4、围绕原料性能、制备工艺设备、湿坯成型真空度确定、静停条件进一步改善，自建干燥窑结构、干燥质量等环节开展工作，实现空心制品的顺利试产。

5、出车端窑墙两侧冷风进风口，应封堵。

6、进一步提高20号离心风机电动机功率和转速，提高窑内空气流量和动压，保证全窑温度制度的稳定，进一步提高砖垛截面的温度均匀性，提高干燥段排潮及干燥效果，为提高焙烧产量创造条件。

7、围绕重点岗位工技能，需要建立长期的培训制度和激励机制，对隧道窑热工技师、产品质量和安全控制人员，应重点培训和管理，避免缺失，造成产品质量波动。

七、结束语                   

烧结砖湿坯的干燥操作，如要顺利进行，必须同时满足两个条件，a、水分在物料表面的蒸汽压必须大于干燥介质中水蒸气的蒸汽压；b、水分气化时，必须不断地提供热量。而“直通道一次码烧隧道窑”，其干燥和焙烧直接联系在一起，随着窑长度的增加，窑道内系统阻力对出车端空气的流动，阻碍较大，需要匹配性能适合的风机，确保窑道内足够的烟气流量和动压，否则，窑内空气流量不能满足湿坯干燥操作的两个条件。特别是普通砖生产中，干燥介质达到干燥段区间时，因坯垛内部阻力较高，造成干燥介质流速低，干燥介质作为载热体将热量传给湿砖坯、又作为载湿体将汽化后的水分移走的能力大幅度降低，砖垛运行到高温带时，因脱水速度不一致，中部成品质量缺陷将集中出现。

针对“直通道一次码烧隧道窑”类型的长窑，系统阻力大幅度提高，窑内空气流量不足，表现在出窑产品温度高、氧化不充分、表面泛白、中部质量缺陷多，不仅需要进行干燥工艺的热工计算，同时，需要对离心风机流量和动压进行合理的匹配，确保干燥介质需要量和焙烧空气需要量，确保两个环节速度的均衡和一致，才能避免产品出现质量缺陷多、产量低的结果。

生产实践表明，对于长度达到176米“直通道一次码烧隧道窑”的应用，应该特别重视原料的性能特征，其中，合理的颗粒级配，是防止静停、预干燥、干燥段湿坯产生裂纹的必要条件。由于机械码坯强调湿坯强度，当采用高真空挤出成型普通砖坯时，必然加剧干燥缺陷的产生。如果只是粘土和硅质细粉料为主，没有适宜粗颗粒瘠性料掺配，即便加强混合料制备管理，增加静停、简易预干燥、预干燥窑设施等手段，湿坯仍然显得“娇气”，一不小心，湿坯出现裂纹。因此，针对“直通道一次码烧隧道窑”长窑的应用，必须以烧结砖全生产工艺过程的全面质量管理作为基础，才能获得优质高产。

参考资料

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北京：中国建筑工业出版社，1982年9月

【2】烧结砖瓦工艺  殷念祖著 

北京：中国建筑工业出版社，1982年

【3】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年8月

【4】烧结砖“一次码烧”工艺中送热风机应用的认识 陈荣生   

2018.7《砖瓦》

【5】无机材料工艺学  宋晓岚，叶昌，余海湖编著。

北京：冶金工业出版社，2007.9

【6】粉体工程  蒋阳  程继贵  主编  合肥工业大学出版社

2006.4出版