隧道窯常見問題分析探討

曾志斌

摘 要：近年來由于生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展以及行政管理部門的推廣，隧道窯在燒結(jié)磚行業(yè)得到了較大推廣，發(fā)展迅速。隧道窯的先進(jìn)性使不少磚廠在使用過程中獲得效益，對(duì)它的認(rèn)可度正快速攀升。但是，部分磚廠在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中有著或多或少的問題，并沒有發(fā)揮隧道窯最優(yōu)化的作用，甚至有些磚廠的不恰當(dāng)生產(chǎn)方式成為了制約生產(chǎn)的瓶頸。因此，為了更好發(fā)揮隧道窯的先進(jìn)性，根據(jù)筆者實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行分析，探討了在實(shí)際工作中如何正確處理各種常見問題。

關(guān)鍵詞：隧道窯 氣壓 內(nèi)氣流阻力 磚廠

中圖分類號(hào)：TU522 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（a）-0043-03

1 合理的燒成制度

燒成制度是隧道窯生產(chǎn)的核心內(nèi)容，制定了合理的燒成制度不僅能夠保證燒成質(zhì)量，并且實(shí)現(xiàn)快速燒成，以達(dá)到高產(chǎn)、低消耗的目的。

制定燒成制度應(yīng)考慮的因素：（1）根據(jù)制坯原料的化學(xué)成分和礦物成分可以判斷燒成溫度和燒結(jié)溫度范圍，以及在焙燒過程的不同溫度階段分解氣體量的多少。（2）根據(jù)差熱曲線了解坯體吸熱和放熱情況，再通過綜合判斷，可確定制品各階段極限升溫速率和最大供熱速度。（3）窯爐特點(diǎn)結(jié)構(gòu)，碼窯圖，燃料種類，供熱體積大小以及調(diào)節(jié)的靈活性。（4）調(diào)查了解同類原料和產(chǎn)品生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)資料。燒結(jié)磚焙燒時(shí)間，相同原料在不同的燒成制度下，燒成周期不同。長時(shí)間的焙燒，不僅增加了燃料及人力消耗，而且影響了窯爐及其附屬設(shè)備的有效利用，牽制了生產(chǎn)能力的發(fā)揮。

2 降低系統(tǒng)內(nèi)氣流阻力損失

系統(tǒng)內(nèi)氣流阻力損失越大，電量消耗越多。不但要增加動(dòng)力設(shè)備的能力，增加生產(chǎn)成本，而且限制了窯的產(chǎn)量。降低系統(tǒng)阻力損失意味著節(jié)約電能。

降低系統(tǒng)阻力可采用以下措施見圖1。

（1）磚坯在窯車上垛碼得規(guī)范。窯內(nèi)坯垛碼得規(guī)范，通道暢通，其長度方向阻力可降至約8～10 Pa/m；如果坯垛碼得不規(guī)范，通道不通暢，其長度方向阻力將成倍增加。坯垛適當(dāng)稀碼則空隙大、阻力小，在同樣抽力下，有利于氣體流過，可以快速燒成。在這方面，機(jī)械碼坯優(yōu)于人工碼坯。（2）選取適當(dāng)氣流流速。流速大，則氣流摩擦阻力和局部阻力都相應(yīng)增大；流速小，則降低燒成速度，進(jìn)而影響產(chǎn)量。應(yīng)選取適當(dāng)流速，一般用風(fēng)機(jī)排煙時(shí)的流速取8～12 m/s。另外，考慮建設(shè)成本，排煙煙囪超過60 m為宜，越高的煙囪提供的負(fù)壓抽力越大。（3）當(dāng)煙道斷面需要變化時(shí)，應(yīng)用逐步變化代替突然變化，用圓滑轉(zhuǎn)彎代替直角轉(zhuǎn)彎，用緩慢轉(zhuǎn)彎代替急轉(zhuǎn)彎，以減少不必要的阻力損失。（4）煙道內(nèi)部光滑些可以減少氣流摩擦阻力系數(shù)。（5）盡量縮短管道長度。

3 窯內(nèi)氣壓制度的控制

3.1 零壓點(diǎn)位置的控制

零壓點(diǎn)是指窯內(nèi)氣壓與大氣壓相等（即相對(duì)壓差為零）的位置，隧道窯壓力制度的形成是由各種氣體綜合作用的結(jié)果。有大量的冷空氣在冷卻帶進(jìn)入窯內(nèi)，同時(shí)又有經(jīng)換熱后的熱空氣被抽出；在燒成帶有燃料燃燒生成氣體，在這些氣流的作用下，使這一段窯內(nèi)的壓力大于外界大氣壓而形成正壓。在預(yù)熱帶產(chǎn)生的大量煙氣和水蒸汽經(jīng)排煙風(fēng)機(jī)（煙囪）排出，使窯內(nèi)壓力低于外界大氣壓而形成負(fù)壓。因?yàn)闅饬鬟\(yùn)動(dòng)中必然會(huì)有能量的損失，由正壓向負(fù)壓過渡時(shí)，必然有一個(gè)分界面，此處窯內(nèi)外壓力相等，這個(gè)面稱為零壓面（或零壓點(diǎn)、零壓位）?；蚝?jiǎn)單解釋為隧道窯中負(fù)壓區(qū)域及正壓區(qū)域的分界處稱為零壓位。在預(yù)熱帶——負(fù)壓區(qū)，窯內(nèi)廢氣及蒸發(fā)的坯體中殘留水分被排出，但當(dāng)窯體、窯車之間、砂封、窯門等處不嚴(yán)密或有損壞時(shí)，極易吸入冷空氣，造成冷熱氣體分層而加大了預(yù)熱帶的溫差。在窯內(nèi)的正壓區(qū)，冷空氣不可能進(jìn)入窯內(nèi)，因此溫度比較均勻穩(wěn)定。所以大部分隧道要操作中都將燒成帶控制在“微正壓”區(qū)域，零壓位控制在燒成帶中部或靠近保溫帶的加煤孔排數(shù)的1/3位置處或者再靠后一些，這樣做的目的使高溫氣體可以充滿整個(gè)車面上坯垛，并能均勻加熱，有利于高溫下的保溫。但是，如果正壓過大，大量熱氣體會(huì)散失到周圍環(huán)境中，增大了熱損失。同時(shí)，當(dāng)窯內(nèi)下部?jī)蓚?cè)的砂封不嚴(yán)密，或有損壞時(shí)，或在窯車接頭處密封不嚴(yán)時(shí)，有極易使高溫氣體向下竄入窯車下，會(huì)使窯車密封裙板變形損壞，變形大時(shí)會(huì)刮壞砂封槽；也會(huì)使窯車軸承中的潤滑油流淌干凈而損壞了軸承等；同時(shí)也會(huì)使操作環(huán)境惡化。

控制好零壓點(diǎn)的位置，是正確執(zhí)行窯內(nèi)壓力制度和溫度制度的必要條件。如果零壓位置向預(yù)熱帶偏移，很容易造成以下情況：（1）坯體在預(yù)熱帶升溫過急，導(dǎo)致坯體開裂。（2）致使燒成帶正壓加大，熱損失增加。

如果零壓位置向保溫帶偏移，勢(shì)必造成：（1）預(yù)熱帶負(fù)壓加大，向窯內(nèi)漏入冷空氣增多，窯內(nèi)冷熱氣體分層加劇，坯體預(yù)熱小均，當(dāng)這些坯體進(jìn)入焙燒帶焙燒時(shí)，燒成廢品率增加。（2）產(chǎn)品得不到充分冷卻，高溫產(chǎn)品出窯遇到外界冷空氣，不但會(huì)損產(chǎn)品質(zhì)量，而且增加了磚出窯的熱損失。

3.2 窯車面上下壓力平衡

壓力平衡是控制隧道窯熱工制度的重要手段之一。如在隧道窯的檢查坑道的檢查坑道設(shè)置擋板、車底閘、強(qiáng)制鼓風(fēng)和抽風(fēng)等辦法，使窯車上下（窯道內(nèi)和窯底）氣壓達(dá)到平衡，以減少漏出熱氣和吸入冷氣，確保窯內(nèi)壓力制度穩(wěn)定和減少熱損失，并保護(hù)窯車和改善勞動(dòng)條件。

隧道窯內(nèi)的窯車上、下是互相滲透、互相制約、互相影響的。如果處理不當(dāng)，會(huì)給焙燒造成不良后果。如預(yù)熱帶的車身負(fù)壓過大，就會(huì)從砂封、窯體、窯車不嚴(yán)密處吸進(jìn)大量冷風(fēng)，這些冷風(fēng)入窯后帶來的害處是：

（1）由于冷風(fēng)體積密度大，熱風(fēng)體積密度小，導(dǎo)致氣體分層，加大上下溫差（上部溫度高，下部溫度低），使得窯車底部坯體預(yù)熱不足。（2）吸人的冷風(fēng)被加熱，增加熱能消耗。（3）增大排煙風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，削弱了對(duì)窯道的抽力，給調(diào)整帶來難度，窯內(nèi)零壓點(diǎn)難以控制。

如燒成帶與冷卻帶正壓過大，造成火焰或熱氣下竄，車下溫度升高，導(dǎo)致窯車金屬部件變形、開裂、窯車軸承潤滑油結(jié)焦，窯車運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，增加推車機(jī)負(fù)擔(dān)。為了使隧道窯保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須使車上和車下分隔開來，盡量減少互相干擾。解決辦法有兩個(gè)方面。

（1）加強(qiáng)曲封、車封、砂封。有一種做法是在車下適當(dāng)部位設(shè)置一道或多道擋墻，可稱之“靜態(tài)密封”，在有關(guān)部位設(shè)置合適高度的擋墻，能夠解決窯下冷氣上竄而導(dǎo)致下層制品欠火問題。（2）實(shí)行車上、車下均壓，造成車上、車下壓頭對(duì)抗。也就是說，在車下創(chuàng)造一個(gè)與車上相近的壓力曲線，使車上、下差趨于零，可稱之“動(dòng)態(tài)密封”，“動(dòng)態(tài)密封”一般借助于風(fēng)機(jī)作用。實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)密封”后，就可以有效阻止燒成帶、冷卻帶的火焰或熱氣下竄，同時(shí)也可以避免預(yù)熱帶從車下吸入冷空氣到車上，避免了燒窯車的現(xiàn)象。

4 砂封的重要性

回顧隧道窯發(fā)展歷史，從1765年隧道窯問世并沒有立刻大范圍應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)，直至1880年發(fā)明砂封后，才得到各領(lǐng)域的推廣，從此也可看出砂封對(duì)于隧道窯的重要性。

砂封槽的主要作用是隔絕窯車上下氣流，使窯內(nèi)壓力和溫度制度保持穩(wěn)定。砂封缺砂或砂封槽破損，必然會(huì)造成窯車上下漏氣。有的部分冷空氣上竄，不但會(huì)增加熱量消耗，而且會(huì)將窯車金屬構(gòu)件燒變形，使窯車軸承潤滑油燒焦。應(yīng)努力避免上述問題的出現(xiàn)。

砂封槽中應(yīng)保持足夠量的砂子，砂面高度不宜低于50～60 mm（為了確保砂封槽具有較高的密封性能，從一些文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)上看，砂子的理想粒度是5～7 mm的約占30%，其余70%是無塵細(xì)顆粒。并且，窯車的側(cè)面裙板應(yīng)插入砂封槽中的砂子，深度能夠達(dá)到100 mm左右為佳。

從該地區(qū)的燒結(jié)磚隧道窯來看，大多數(shù)隧道窯的砂封槽做法是：燒結(jié)磚砌筑，抹水泥砂漿。這樣的做法是造價(jià)低廉，缺點(diǎn)是整體性能差，容易碰壞，造成漏氣。筆者認(rèn)為可以采用鋼筋混泥土現(xiàn)澆，其優(yōu)點(diǎn)是整體性能較好，缺點(diǎn)是施工較麻煩，與燒結(jié)磚砌筑的砂封槽相比較為不容易碰壞，但是一旦碰壞，修補(bǔ)較為麻煩。行業(yè)上也有砂封槽采用鑄鐵件或型鋼件埋設(shè)，其整體性能好，施工、修補(bǔ)也很方便，但是造價(jià)偏高。

該地區(qū)有越來越多的燒結(jié)磚窯采用帶干燥室的工藝，但是大多數(shù)干燥室都不帶砂封槽，造成干燥室中一部分熱煙氣未能穿過窯車上坯垛空隙對(duì)濕坯體進(jìn)行干燥，而直接在窯車下方流過去。因而，造成熱能浪費(fèi)，干燥熱效率降低。同時(shí)煙氣中摻有含硫煙氣，更會(huì)腐蝕窯車金屬構(gòu)件。

5 陳化

5.1 陳化的機(jī)理

制磚原料的陳化有兩步，其過得和機(jī)理分別為：在自然環(huán)境中，開掘出來的制磚塊體原料，通過風(fēng)吹日曬雨淋和攢堆“悶發(fā)”的風(fēng)化，使大的塊體進(jìn)一步疏解，這個(gè)過程是陳化的第一步；原料通過機(jī)械強(qiáng)制破碎，從大的顆粒進(jìn)一步變小，再經(jīng)與水拌和后放置到料倉靜置，同時(shí)由于顆粒受到外力強(qiáng)制破壞，顆粒本身的應(yīng)力和存在裂隙，在水分子的作用下，應(yīng)力集中處通過毛細(xì)作用被水分子“漲開”而開裂，大的變小，逐步變得更小，同時(shí)顆粒本身也得到水的滋潤。機(jī)理是由于水分子的O-H鍵的鍵能比礦物晶體間的分子間作用力稍強(qiáng)，而破壞晶體間的聯(lián)接；個(gè)體粒徑越小，表面積越大，與水分子的接觸面也愈大，水分子的氫鍵個(gè)數(shù)與晶體分子接觸的數(shù)量越多，這樣物體被疏解。

分析陳化后原料粘性增加的原因，是由于礦物質(zhì)晶體內(nèi)部分子受到周圍分子的作用力，能量較低；而表面水分子與周圍分子接觸較少，但能量較高，因此表面能就大，吸附力較強(qiáng)，因而粘性增加。

5.2 陳化的必要條件

影響陳化的因素有：原料的入倉粒度級(jí)配、入倉原料的含水率（水分）、倉內(nèi)靜止時(shí)間、陳化庫的室內(nèi)溫度。

基于物料陳化的機(jī)理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為原料人倉粒度的選定依據(jù)是：首先根據(jù)原料的種類和制磚的品種，當(dāng)以頁巖類為主和生產(chǎn)承重磚（砌塊）時(shí)，作為骨架的大顆粒要多些；當(dāng)硬度較高的原料作為主導(dǎo)原料和生產(chǎn)非承重磚（砌塊）時(shí)，要求作為骨架的大顆粒要少，相對(duì)增加填充顆粒（1 mm左右）數(shù)量，粘結(jié)顆粒的數(shù)量力求增加（但也不能一味地追求增加該顆粒的占比，則會(huì)增加設(shè)備的磨損和電力消耗，降低產(chǎn)量）。破碎加水?dāng)嚢韬蟮奈锪希嗔希?，部分較大的顆粒吸水后疏解成為更小的顆粒，逐步形成粘結(jié)顆粒，利于成型的生產(chǎn)。

破碎加水?dāng)嚢韬蟮奈锪霞茨嗔?，它的含水率是由成型的生產(chǎn)工藝要求決定的——不大于成型產(chǎn)品的含水率。尤其是目前硬塑擠出機(jī)的工藝要求，當(dāng)泥料的含水率高于成型要求后，產(chǎn)品發(fā)生變形，尤其是直接與窯車臺(tái)面接觸一層的磚（底層）坯變形嚴(yán)重，形成廢品、殘磚。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，泥料的含水率低于成型要求的含水率2～3個(gè)百分點(diǎn)，滿足泥料在“悶發(fā)”時(shí)水的毛細(xì)作用即可。

通過測(cè)定制磚原料經(jīng)陳化后變形比與時(shí)間（天、小時(shí)）之間的關(guān)系，可以找到原料的最佳陳化時(shí)間。當(dāng)以時(shí)間（天、小時(shí)）為橫坐標(biāo)軸，變形比為縱坐標(biāo)軸，連結(jié)各點(diǎn)繪制成時(shí)間一變形比曲線。從曲線上找出變形比最大點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為最佳陳化時(shí)間。通過不同地域和原料的測(cè)定，大都在40～72 h之間。以頁巖為代表的原料，在自然環(huán)境中充分風(fēng)化后，陳化時(shí)間更短。

6 隧道窯降低能耗的發(fā)展方向

以筆者對(duì)隧道窯能耗的工作經(jīng)驗(yàn)來看，目前大部分隧道窯都能通過一些技術(shù)改造降低一定的能耗，這也是以后隧道窯要研究的方向，總結(jié)為以下幾個(gè)方面。

（1）在劣質(zhì)原料大量用于燒制磚的趨勢(shì)下，能“粗糧細(xì)作”，快速燒成高質(zhì)量產(chǎn)品。（2）更充分利用各種含有熱能的資源（包括含有熱能的廢棄物和清潔能源太陽能、風(fēng)能等）；努力降低燃料消耗，進(jìn)一步提高熱效率；尋求充分利用余熱、廢熱的途徑。（3）目前的隧道窯基本上都是使用煤這類固體燃料，應(yīng)研究高效、適用的機(jī)械化燃燒裝置代替人工加煤，這樣做可省去大量易漏氣的投煤孔，且為自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制，加入窯中的外燃料量創(chuàng)造條件。（4）研究、改進(jìn)和發(fā)展各種耐火材料，努力提高窯爐保溫性能和使用壽命。（5）提高機(jī)械化和自動(dòng)化程度，要研究機(jī)械化、自動(dòng)化碼、卸窯車和干燥車以及進(jìn)、出窯和干燥室的方法（不僅適應(yīng)單一品種生產(chǎn)，還應(yīng)適應(yīng)多品種產(chǎn)品生產(chǎn)）進(jìn)一步減輕笨重的體力勞動(dòng)。同時(shí)要改進(jìn)和完善隧道窯燒成制度的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，達(dá)到提高產(chǎn)量、質(zhì)量、降低燃料消耗，改善勞動(dòng)條件的目的。研究、推廣計(jì)算機(jī)在窯爐上的應(yīng)用，研究、推廣各類窯型的數(shù)字模式，并建立窯爐熱工最優(yōu)控制方法的理論和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙鎮(zhèn)魁.燒結(jié)磚瓦生產(chǎn)應(yīng)知應(yīng)會(huì)600問[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2013.

[2] 王昌軍.新建隧道窯的烘窯與調(diào)試[J].磚瓦世界，2016（5）：40-43.