利用頁巖煤矸石生產空心磚 - 摘自《磚瓦》雜志

歐洲發達國家很早就采取了節約良田的舉措:①利用劣質 原料作為制磚原料;②實心磚空心化。最近, 歐洲建筑材料的 革新和建筑節能又有了新的發展, 除充分利用各種工業垃圾如 煤矸石、粉煤灰、爐渣、頁巖生產空心磚外, 還充分利用了品種 多且數量大的“建筑垃圾” 和“ 生活垃圾” 作為建筑材料來蓋房 子。可見他們對新型建材的開發和對建筑節能的重視程度。對于經濟尚不夠十分發達的我國, 對此更應引起高度的重視。我在這里要介紹的是利用劣質頁巖和煤矸石制磚的經驗。這 些劣質頁巖和煤矸石的塑性指數都比較低, 過去被認為是不能用的原料, 現在卻用來成功地生產各種空心磚 。 

1 開發利用劣質原料生產空心磚的生產技術 

目前, 利用劣質原料生產空心磚的主要障礙是工廠沒有完 全掌握生產空心磚的全套生產技術。生產空心磚的技術性要 遠遠高于實心磚, 從原料處理到干燥、焙燒、設備等方方面面的 知識都要做到活學活用才行, 尤其是對于利用劣質原料生產空 心磚的廠家更應如此。在我國由于技術不過關而中途夭折的 空心磚廠非常多。依靠科學、依靠技術、依靠人才, 就可以闖過難關, 就能利用劣質原料成功地生產合格的空心磚。下面兩個 廠家的實例可以充分地說明這一點, 并詳細闡述其中的一些經驗。

某廠生產空心磚所用的原料是廢棄礦-頁巖。頁巖的 塑性指數比較低, 而且其中的 SiO2 含量比較低, 只有 39 %～ 46 %;CaO 的含量比較高, 接近 10 %。該廠的半成品合格率只有 10 %, 成品合格率為零, 產品質量離國家標準相差甚遠。另一空心磚廠生產所用原料是煤矸石。煤矸石的塑性指 數只有 www.csir.com.cn, 低于生產空心磚要求的下限( 要求最低是 7) 。該 廠成型工藝中的問題比較突出:成型出的泥條一出機口就開 裂, 四角全部開裂, 無法繼續成型了。我們首先依據上述兩個廠原料的化學分析報告和物理分 析報告進行了科學的分析, 找出了問題的根本原因。采用了新 技術, 制定了新的工藝, 改善了原先的技術裝備, 計算出與生產 工藝相吻合的技術參數, 采取了一系列先進的技術措施以后, 磚產品的各項檢測指標均達到了國家標準。 

2 磚廠原始的工藝參數 

2 .1 頁巖和煤矸石的主要原料性能 

頁巖和煤矸石的原料性能見表 1、表 2、表 3 、表 4 、表 5 、表 6 、表 7。

2 .2 頁巖磚廠原生產工藝 頁巖磚廠原生產工藝如下:

2 .3 煤矸石磚廠原生產工藝

煤矸石粉碎后顆粒粒級分布為:>5mm 0 %, >2mm www.csir.com.cn %, >1mm www.csir.com.cn %, >www.csir.com.cn www.csir.com.cn %, >www.csir.com.cn www.csir.com.cn %, <www.csir.com.cn www.csir.com.cn %。 

2 .4 頁巖磚成型主要參數 

坯體孔洞率 25 %, 真空擠出機機口壓力 1 .6 ～ www.csir.com.cn MPa, 真空度 www.csir.com.cn～ 0 .088 M Pa, 成型水分 www.csir.com.cn %( 干基) 。 

2 .5 煤矸石磚成型主要參數 

坯體孔洞率 27 %, 真空擠出機機口壓力 www.csir.com.cn～ 2 .3 MPa, 真 空度 www.csir.com.cn MPa, 成型水分 13 .6 %( 干基) 。 

2 .6 頁巖磚廠干燥參數 

干燥室采用正負壓排潮。主要參數如下: 

隧道式干燥室共 12 條。每條尺寸:寬×高×長為 www.csir.com.cn m × 1 .1 m ×60 m 。 

預熱段 27 m, 干燥段 18 m, 冷卻段 15 m 。 

干燥周期 25 h, 排潮溫度33 ℃, 排潮濕度 85 %～ 95 %, 送熱溫度 100～ 130 ℃。 

送熱風機:D =1800 mm, 1 臺, 風壓 167 mmH2O, 風量 121000 m3/ h, N =45 kW, 轉數=580 r/min。 

排潮風機:D=1000 mm, 排潮風量 36000 m3/h, 轉速 1000 r/min, 每臺風機供 3 條干燥室排潮, 共 4 臺。 

2 .7 煤矸石磚廠的干燥參數 

干燥室采用正負壓排潮。主要參數如下: 

隧道式干燥室共 3 條。每條尺寸:寬×高×長 www.csir.com.cn m × 1 .68 m ×83 m 預熱段 26 m, 干燥段 36 m, 冷卻段 21 m 。干燥周期 25 h, 排潮溫度33 ℃, 排潮濕度 80 %～ 85 %, 送 熱溫度 100～ 160 ℃。 

送熱風機:每條干燥室 1 臺 12 號加 1 臺 11 號離心風機。 

12 號風機參數:D=1200 mm, 1 臺/ 每條干燥室, 風壓 1176Pa, 風量 55010 m3/h, 轉速 960 r/ min, N =30 kW 。 

11 號風機參數:D =1100 mm, 1 臺/ 每條干燥室, 風壓 987 Pa, 風量 42371 m3/h, N=22 kW, 轉速 960 r/ min 。 

排潮風機:1 臺軸流風機/每條干燥室 D=1000 mm, 排潮 風量 46700 m3/ h, 轉速 1000 r/ min, 風壓 24 mmH2O。 

2 .8 頁巖磚廠的焙燒參數 

焙燒窯爐:38 門輪窯, 兩把火焙燒 焙燒周期 54 h, 焙燒溫度 959 ℃ 輪窯焙燒預熱帶 5 個窯室, 焙燒帶 10～ 12 排火眼, 保溫帶 20 排火眼, 冷卻帶 3 個窯室。 

2 .9 煤矸石磚廠的焙燒參數 

焙燒窯爐:隧道窯 

隧道窯的尺寸:寬×高×長為 2 .5 m ×www.csir.com.cn m ×145 M ;預熱帶 53 m, 焙燒帶 36 m, 保溫帶 28 m, 冷卻帶 28 m 。 

針對上述兩個磚廠生產中出現的問題, 分別采取了不同的 技術措施。生產的產品都達到了國家質量標準。 

3 采取的相應技術措施 

3 .1 對頁巖磚廠采取的措施 

a.該廠頁巖原料的特點是石灰石含量高, 磚焙燒范圍狹 窄, 溫度稍高即“ 流缸” , 出“ 面包磚” ;溫度稍低, 出生磚, 焙燒工 很難正常操作。另外, 磚中大顆粒原料的存在引起了石灰石爆 裂。技改中我們對頁巖進行了細碎處理, 保證其粉碎后的顆粒 小于 2 mm 。這樣既保證了小顆粒的石灰石能夠在原料中均勻 分布, 又根除了大顆粒石灰石的爆裂 。同時, 在頁巖原料中還 摻一定量的石灰石含量較低的砂性粘土, 這既降低了原料中石 灰石的含量, 又加寬了焙燒溫度的范圍, 焙燒工容易穩定地掌 握焙燒溫度, 提高了制品的強度。焙燒工藝進行得非常順利, 產品質量非常穩定。 

b .加強對頁巖原料的機械處理, 將粉碎機、攪拌機、輪碾機 等主要原料處理設備調整到最佳工況, 發揮設備的最佳潛能。例如:保證粉碎機的錘頭與內板的間隙小于 3 mm, 使粉碎機處 于最佳產量和質量;保證攪拌機的葉片與“ W” 型機腔壁的間隙 小于 5 mm, 充分發揮攪拌機的功能;保證輪碾機的刮板與底孔 面的間隙小于 5 mm, 發揮輪碾機的潛能。這一系列技術措施 提高了機械處理原料的效率, 提高了頁巖塑性指數, 提高了擠 出機的成型性能。 

c.改變頁巖原料在陳化倉內的陳化時間, 從理論上講, 原 料陳化時間應該不少于 72 h 。可原先原料在陳化倉內的陳化 時間僅有幾小時, 甚至不經陳化就直接擠出磚, 這是完全錯誤 的。由于陳化倉的容量比較小, 我們要求陳化時間不少于 48 h, 爭取 72 h, 使原料在陳化倉內由于滲透壓的作用而得到充分 均化, 提高了頁巖的塑性指數。 

d.頁巖中摻入一定量的石灰石含量較低的砂性粘土的另 一重要作用是, 砂性土中含有較多的 SiO2 , 彌補了頁巖中 SiO2 的不足。頁巖原料中 SiO2 的含量只有 39 %～ 46 %, 不足 55 %。當 SiO2 的含量不足 55 %時, 焙燒中坯體內形成的玻璃相 少, 會降低制品的抗凍性能。因此, 摻加一定量的砂性粘土, 既降低了石灰石的含量, 又增加了 SiO2 的含量, 保證焙燒中形成 足夠的玻璃相, 提高了制品的強度和抗凍性能 。 

e.提高雙級擠出機的真空度和擠壓力。對于人工干燥而 言, 碼坯高度應與坯體強度相適應, 這是保證干燥工藝順利進 行的首要條件。原先設計干燥車上碼 7 層, 這是比較高的。原料的塑性指數較低, 濕坯因強度低而造成干燥過程中的壓裂。我們用高的真空度和高的擠壓力來提高濕坯體的強度, 避免了 濕坯由于強度不夠而造成干燥過程中的壓裂。采取高真空處 理, 抽出了原料中的空氣, 使原料顆粒進一步靠攏, 提高了顆粒 粘結能力, 原料容易成型, 成型后坯體的機械強度增加, 即使坯 體經過不平整的滾坯臺也不會變形。同時, 我們又采用了蒸汽 加熱原料, 提高了坯體進入干燥室的溫度, 使其內擴散速度與 外擴散速度一致。結果干燥成品率達到了 95 %～ 98 %。 

f.穩定原料的成型含水率。含水率忽高忽低, 就會影響坯 體的質量。過高時, 降低坯體強度, 延長干燥脫水時間;過低時, 增加電耗和設備磨損, 甚至使坯體一出機口就開裂, 無法成型。生產上既要穩定物料的最佳含水率又要控制比較低的物料含水 率。因此, 要求在進陳化倉前的原料含水量基本接近或略低于 成型水分, 但不能等于或高于成型水分。加水由責任心較強的 工人完成, 盡量做到在成型時基本不加水或少加水。 

g.正確的設計機口。由于原料的塑性指數偏低, 原先設計的 機口長度短, 角度大, 擠出的泥條速度不均勻, 甚至開裂。我們把 機口加長了 30 mm, 機口的角度由原來的 6 ℃重新設計為 3 ℃。機口改進后, 成型出的泥條四周和中間部位的密實度均勻一致。 

h.重新計算了干燥參數。重新計算設計了干燥室的送熱 風機。將原來的軸流式風機改為離心式風機。原先設計的送 風機是軸流送風機, 而軸流送風機的風量、風壓都太低, 坯體在 預熱段內得不到足夠的熱量, 反被含水量高的空氣侵襲, 坯體 非但不能加熱、排水, 反而吸水。到了加熱段, 吸水的坯體部位 密實度降低, 坯體強度降低而容易開裂, 坯體開裂的原因實際 上是“ 濕裂” 。把送熱風機由原來的軸流式改為離心式, 風壓提 高了近 2 倍, 風量也提高了近 2 倍。離心式風機可把熱量送到 預熱帶, 坯體在預熱帶開始加熱升溫并低速脫水, 不再受含水 量高的空氣侵襲, 避免了“ 濕裂” , 而且還提高了干燥速度, 也提 高了干燥質量。在干燥過程中, 坯體開裂是限制干燥速度的主 要原因, 用蒸汽加熱坯體, 可使坯體內部水分擴散速度加快, 與 外擴散速度同步。這是因為蒸汽加熱提高了水分的擴散速度, 使內擴散速度和外擴散速度達到平衡, 使坯體的內外溫度均勻 一致, 這樣, 既減少了干燥裂紋, 又保證了坯體不再產生“ 濕裂”

 i .調整焙燒參數。焙燒溫度控制在 950 ～ 1050 ℃, 預熱帶的長度 4 ～ 5 個窯室, 焙燒帶的長度 1 .8 ～ 2 個窯室, 保溫帶的 長度 4～ 5 個窯室, 冷卻帶的長度 3～ 4 個窯室。 

經過上述技術改進后, 用塑性指數低、石灰石含量高的頁巖也 生產出了產品質量達到了國家標準的空心磚。 

3 .2 對煤矸石磚廠采取的措施 

a.細碎煤矸石。使小于 www.csir.com.cn 的顆粒達到 35 %以上, 從 而提高煤矸石的塑性指數。 

b .更改機頭設計。改進機頭的基本指導思想是, 依據成型 時泥條四周與內部流速的差值, 有針對性的調整機頭的結構和 形狀。具體的講, 就是通過加大或縮小機頭某些部位的尺寸來 加大或縮小進泥量。首先, 分析泥條開裂的部位與對應的機頭 形狀之間關系, 從而加大或縮小機頭的尺寸, 即在速度慢的部位 減少其阻力, 即去掉一部分金屬材料;在速度快的部位增加阻力 即焊接一部分金屬材料( 但不能使表面太粗糙) , 使出機頭的泥 條內外速度基本同步。機頭的改進要一邊實踐, 一邊觀察, 一邊 測定, 一邊總結。對于塑性指數比較低的煤矸石原料, 改進稍微 大一點, 就出現“物極必反” 的現象, 會使某些部位“ 過頭了” 而造 成返工, 機頭改進不得操之過急。因為對于低塑性的原料而言, 原料對機頭結構的改變非常敏感。通過實踐, 我們體會到:改進 的尺寸稍一過頭, 就矯枉過正;稍微不足, 泥條就有速度差。機 頭改進過程中要反復改進, 反復試驗, 直到滿意為止, 機頭設計 的依據是原料的物理性能參數。 

c.重新設計機口。將機口的角度由原先設計的 9 ℃改為 3 ℃, 原機口的長度不變。在主機的電機能承受的情況下還可在 原來的基礎上加長 20 ～ 30 mm 。機頭和機口經聯合改進后, 泥 條的成型十分順利, 泥條內部和外部的密度非常一致, 也為后 面的干燥成功奠定了基礎。 

d.干燥。低塑性指數煤矸石的干燥是一個脫水比較快的過 程, 但也應必須維護好早期的脫水速度, 這與碼坯的方法有很大 關系。從該廠的干燥情況來看, 碼坯采用臥碼的方式開裂比較 嚴重( 坯體的孔垂直于窯車面) ;碼坯采用立碼的形式( 坯體的孔 平行于窯車面) 坯體的開裂較輕。這是因為立碼時, 坯體相互接 觸的是比較光滑的成型面, 阻止坯體干燥收縮的摩擦力比較小; 而臥碼時坯體相互接觸的是比較毛糙的切割面, 阻止坯體干燥 收縮的摩擦力比較大, 阻止了坯體的干燥收縮而引起坯體開裂。這同時也表明坯體自身的強度低, 因此, 我們用大型號的擠出機 成型, 提高坯體的強度。用 70/ 60 型擠出機成型, 用高的真空度 和高的擠壓力成型, 擠壓力保持在 0 .25～ 0 .30MPa, 真空度保持 在0 .08 ～ 0 .085MPa。由于該廠煤矸石的塑性指數比較低, 真空 度最高只能達到 www.csir.com.cn MPa。采取上述措施后, 坯體的強度得到 明顯的提高, 即使采用立碼( 坯體的孔平行于窯車面) 的形式, 坯 體也無壓裂現象。 

e.焙燒。以煤矸石空心磚在隧道窯內焙燒, 煤矸石的發熱 量能夠滿足焙燒要求, 無需外投煤。焙燒的制品質量達到了國 家標準。 

4 結論

通過上述兩個廠家的實例可以看出, 對于塑性指數低的劣 質原料, 不管是頁巖還是煤矸石, 只要采取相應的的技術措施, 仍然可以生產出優質的空心磚。過去, 有的廠家在生產空心磚 的時候, 只用塑性指數高的優質粘土, 把塑性指數低的劣質原 料拋棄不用, 是很可惜的。從國計民生出發, 應把塑性指數低 的劣質原料利用起來, 保護我們的土地資源, 保護我們的良田。

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