烧结砖厂技术改造中原料处理、成型与隧道窑的选择
自1992年以来，我国开展新型墙体材料革新及建筑节能的推广工作，现已持续了20年。20年来国家关于墙体材料革新及建筑节能的政策法规，已连续发布了如《批转国家建材局、建设部、农业部、国家土地管理局〈关于加快墙体材料革新和推广节能建筑的意见〉通知》、《关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》等文件在内约26项， 如果加上地方政府发布实施的政策法规，则数量更多。墙改及建筑节能的实施力度越来越大。发布实施的政策法规中，很多政策法规具有强制性、法制性的特征。20年来，根据国家新型墙体材料产业政策对土地资源、环境保护、节能减排及可持续发展的要求，采取淘汰粘土实心砖、淘汰小轮窑、淘汰小砖机，支持采用隧道窑、支持采用大型双级真空挤砖机、年生产规模要求大于5000万块（折标砖）、提高烧结产品国家标准要求、提高生产设备的国家标准要求，一系列措施的实施，强制性地淘汰了大量落后的小型粘土烧结砖生产厂。烧结类墙体材料生产企业从生产工艺、生产规模、生产设备、生产品种及标准、产品应用等方面，发生了较大的改变。
当前，随着烧结砖行业经济技术指标门坎的提高、烧结砖产业调整升级政策的实施、节能减排要求目标化、新型墙体材料的广泛应用，部分烧结砖企业仅仅依靠KP1空心砖及页岩普通砖产品，已经不能满足建筑节能的要求，不能满足市场变化的需要，将面临针对生产工艺、干燥窑炉及烧成窑炉技术改造的选择及决策，特别是在安徽、江苏、江西、湖南、湖北等地以粘土矿物为原料的烧结砖生产企业，因原料塑性较高、硬度较小、自然含水率变化较频繁等因素影响，如要满足上述产业政策法规及产品技术要求，其生产工艺技术改造的选择及决策显得很重要，同时技术改造的效果，将对企业的效益及可持续发展，产生较大的影响。
对此，我们将烧结砖企业技术改造中需要重视的几个环节，提出讨论，希望能对烧结砖企业技术改造科学决策有所帮助。
1、原料破碎
烧结类新型墙体材料中，空心砖的生产原料主要有工业废渣，如煤矸石、粉煤灰等，以及具有塑性的粘土质矿物材料，如页岩，湖海相沉积土等，原料的主要特征表现为硬度、粒度、塑性、含水量、化学成分及其它物理性能参数等方面。在烧结砖工艺中，原料破碎设备较为广泛地采用了对辊类破碎设备及锤式破碎设备两大类。
通常条件下，采用对辊类破碎设备时，需要多级对辊机，形成粗中细三级的工艺环节，才能适应较高产量及细度要求。生产工艺中，对辊类破碎设备，对原料种类具有较好的适应性，破碎能力较高，即便原料含水量达到20%左右，对产量及细度的影响也较小。但采用粗中细三级破碎工艺，造成环节多，不利生产管理，其次，辊面磨损后间隙变大，粒度变粗，需要及时修磨辊面，这是对辊类破碎设备在生产实践中的不足之处。
对辊机规格采用辊圈直径与辊圈宽度表示，常用的三种对辊机直径分别为700mm、800mm及1000mm，对于年产6000万块（折标砖）生产线，可采用三台直径为800mm对辊机，构成粗中细三级破碎生产线，装机容量约260kw，可满足生产要求。
对辊机构成的原料破碎生产线，存在辊圈磨损，因而需要采取措施对磨损后的辊圈进行修补。
采用锤式破碎设备时，一般考虑单级锤破机及回转筛形成的工艺环节。生产中，允许进入锤式破碎机的原料含水率应低于8%，否则，容易出现堵料。锤式破碎机的主轴转速、回转直径、锤头数量、锤头硬度、锤头与衬板间隙，篦板数量等参数，对破碎产量、破碎后筛下料中粉料的比例有很大的影响。
单级锤破机及回转筛形成的工艺，回转筛能很好地控制原料细度，因而，产品外观较好。锤破机规格通常采用回转直径表示，常用的规格有900mm、1000mm及1100mm。年产6000万块（折标砖）生产线中，采用锤破机及回转筛，1100mm锤破机一开一备，配用直径1.5米回转筛两台，运行设备的装机容量约为190kw，可满足生产要求。
烧结砖企业技术改造中，对同一种原料而言，两类破碎设备的选择，可以由原料的含水量确定。对自然含水率较高的原料，建议采用对辊类破碎设备。而对原料水分能控制在10%以内，并且含水率波动较小的原料，建议采用单级锤破机及回转筛的方式。
2、双级真空挤砖机
双级真空挤砖机是烧结空心砖生产企业的最重要设备，与产品规格、质量、产量及企业效益息息相关。
当前，双级真空挤砖机规格较多，常用规格有50/50、60/60、70/70等规格，随着挤砖机规格的加大，下级电动机功率相应增加。双级真空挤砖机规格为50/50时，电动机功率约为235～250kw，规格为60/60时，电动机功率约为275～295kw，而70/70挤砖机，电动机功率约为310～330kw。下级电动机功率的增加，为螺旋绞刀提供了较大的动力，当螺旋绞刀旋转时，产生很大的轴向推力，从而有能力克服因机口截面变化产生的阻力、空心砖芯架结构阻力以及泥料的摩擦阻力。
烧结空心砖产生中，挤砖机机口、芯架与切坯机一道，决定了空心砖的规格及孔洞率。当空心砖规格与孔洞率根据需求发生改变时，需要调整机口尺寸及芯架尺寸。但是，当空心砖规格与孔洞率变化较大时，因挤砖机下级电动机功率及转速的配置不能作出调整，仅仅依靠调整机口尺寸及芯架尺寸，已无法满足生产要求。因此，挤砖机规格大，能适应较多规格空心砖的生产。相反，挤砖机规格小，能生产的空心砖品种要少很多，甚至无法正常生产。
空心砖产生中，成型水分对泥料的摩擦阻力影响较大，水分多，成型阻力小，水分低，成型阻力大。成型水分的波动，对规格小的挤砖机正常运行影响较大，对规格较大的挤砖机正常运行，则影响较小。
规格较大的双级真空挤砖机，适应产品种类较多，生产能力较强，但是装机容量较大。运行电费较高。如当市场需要，采用规格较大的双级真空挤砖机生产配砖、普通砖时，运行电费则更高。而规格较小的双级真空挤砖机则相反。
在实行峰谷电价的地区，通过合理安排生产班制，可以有效地降低双级真空挤砖机运行电费。
随着经济发展，工业电价逐渐提高，劳动力短缺，劳动力费用也逐渐升高，因此，烧结空心砖生产中，以双级真空挤砖机为中心的生产线运行效率，劳动力的配置，对生产成本产生较大影响。减少生产线的运行时间，提高劳动生产率，与挤砖机规格关系密切。
对此，烧结砖企业技术改造中，针对双级真空挤砖机规格，可考虑如下建议。
墙体材料的市场需求中，因建筑物结构、用途不同，需采用不同规格的空心砖，市场空心砖规格较多时，技术改造中，可选择较大规格的双级真空挤砖机。
墙改力度较大的地区，淘汰落后小砖厂后，墙体材料的市场需求有较大增加，产品运输半径扩大，技术改造中，可选择较大规格的双级真空挤砖机。
采用较大规格的双级真空挤砖机，在谷电价区间，发挥挤砖机产量高的优势，在有限的生产时间内，完成生产计划，缩短以双级真空挤砖机为中心的生产线运行时间，提高设备运转率，从而降低生产电耗及劳动力费用。
对于年产6000万块（折标砖）生产线，建议采用60/60双级真空挤砖机。
3、干燥隧道窑
烧结砖工艺中，一次码烧工艺因操作环节减少、劳动力费用降低、产品外观质量提高等优势，得到广泛应用。烧结砖厂技术改造采用一次码烧工艺时，对干燥隧道窑的重要性，要有充分认识。
烧结砖厂经济效益，主要依靠高产量来实现，没有产量，没有效益，产量低，效益差。而产量的高低，基本上由干燥环节决定。
烧结砖工艺构成中，干燥环节位于成型工段与烧成工段之间，采用一次码烧干燥隧道窑后，生产连续性增强，而干燥环节中，湿坯的干燥过程受到原料性能、总水量、湿坯结构、干燥介质、干燥设备等方面的影响，干燥周期与成型工段及烧成工段生产节奏，有较大的差异，对成型工段设备运转率、烧成工段烧成周期及生产成本等方面产生较大的影响。
一次码烧干燥隧道窑对原料有一定的选择性，必须对原料的进行均化、工业废渣掺配、精细制备、陈化等处理过程。否则，干燥过程及烧成过程中，废品率增加。
一次码烧干燥隧道窑的性能，主要由干燥质量确定，要求湿坯不变形，不开裂，干燥均匀，干燥周期短，消耗热量少。
鉴于干燥环节中，湿坯的干燥周期与成型工段及烧成工段有节奏差异，现有较多的一次码烧干燥窑工艺引进了自然干燥中静停脱水的方式，将成型后的湿坯，码放在窑车上，在静停线上停放一段时间。此时，湿坯水分减少，湿坯内水分均匀性增加，湿坯强度提高。湿坯总水量的降低，可适当提高干燥速率，干燥窑生产能力有所提高。
静停脱水作为一次码烧干燥窑的辅助手段是可行的，需要注意的是，当生产规模较大时，成型后的静停时间越长，所需窑车越多，停车位也越多。湿坯静停车位增加，成品车位及空车位的数量也需要同步增加，否则，挤砖机生产系统就会受到牵制，高产量的优势得不到发挥。
一次码烧干燥隧道窑由窑断面、窑长度及窑车面到窑顶高的距离确定，湿坯码高一般低于14层。对于年产6000万块（折标砖）生产线，可采用2条干燥隧道窑，断面应大于3.6米，长度80米左右。
此外，需要关注干燥隧道窑上风机的选择，送热风机及排潮风机的风压、风量对干燥效果有较大影响。
4、烧成隧道窑
烧结砖厂技术改造中，烧成隧道窑及窑车的费用，占技改投资一半以上。此外，出干燥窑的干坯，生产费用已达到生产成本的三分之二，通过烧成隧道窑烧成，当得到合格产品后，能收回生产成本并产生利润，如产生废品，不仅生产费用不能收回，还得继续承担处理废品的费用。可见，烧成隧道窑在生产工艺中的重要地位。评价隧道窑的技术指标有三项，生产能力、产品质量及烧成热耗。
烧结砖厂技术改造中，当采用一次码烧工艺，烧成隧道窑与干燥隧道窑的窑车及截面相同，热工系统、窑体结构及长度不同。
烧成隧道窑长度主要由年产量及原料的烧成周期确定。
年产量越高，在一定的烧成周期内，在保证烧结砖热工性能条件下，要求火行速度加快，通过隧道窑烧成的产品越多，因而隧道窑长度需要增加。
不同原料，有不同的烧成周期，因而隧道窑的长度也有不同。
新建隧道窑生产线时，一般需要对主要原料及辅助原料进行化学成分、矿物组成的分析、土工实验及热工实验，通过实验室，提出原料的分析报告，试验报告及检验报告，初步确定原料的烧成温度曲线，再通过相应的生产线进行试验，最终确定窑炉的烧成周期曲线，即便如此，隧道窑结构、入窑水分、风机、热工系统等因素对烧成周期的影响，依然需要在生产实践中进行调整。
根据烧结砖工艺的要求，混合料中化学成分的含量分布如下。
SiO2： 55%～70%， Al2O3：10%～25% Fe203：2%～10%，CaO：<15%， MgO：<5%， SO3<5%，K+、Na+<3%，烧失量：<10%
化学成分中SiO2及Al2O3对烧成温度及烧成周期产生影响，含量较高时，应适当提高烧成温度，含量较低时，可适当降低烧成温度，从而影响烧成周期，进而影响到隧道窑的长度。绝大多数砖瓦原料的烧成温度在900～1050℃之间。很多原料中SiO2及Al2O3含量偏低的烧结砖生产企业，烧成温度为 900～950℃之间时，就能够生产出高质量的产品，此时，隧道窑长度不宜过长。
当前，烧结空心砖生产实践中，烧成隧道窑结构的一般情况是，截面为2.5～3.0米时，窑长为80～110米，截面为3.3～3.9米时，窑长为90～130米，截面为4.6～9.2米时，窑长为144～155米。
隧道窑的长度由年产量及原料性能决定。当窑截面、码窑密度、最高烧成温度、焙烧时间及燃料确定后，长度适宜的隧道窑，焙烧过程比较稳定，能较好地适应进窑干坯含水量的波动、原料成分的变化，对提高产品产量及质量有好处。如果继续增加隧道窑长度，不仅增加冷热烟气的流程，隧道窑内阻力增大，热工系统阻力增加，增加排烟风机功率消耗，同时增加了隧道窑、窑车及厂房的建设费用。长窑不是提高烧结空心砖产量的唯一条件。
对于年产6000万块（折标砖）烧结空心砖生产线，可采用2条烧成隧道窑，断面3.6～3.9米，长度130米左右。当采用硅酸铝纤维模块吊平顶时，能有效的降低隧道窑造价。
5、分步技改
烧结砖企业的技术改造，可分步实施，能有效的缓解技改资金需要，也能不间断的满足市场对空心砖的需求。
2010年，六安市双龙新型建材厂及李玲新型建材厂进行分步技术改造，第一步，根据产业政策的要求，使工业废渣掺配量达到70%，针对尾矿砂、煤矸石、污泥等原料性能，对原料制备及成型工段进行改造，采用自动配料，大型对辊机破碎，1米直径高速细碎对辊机控制细度，保证了混合料的细度，采用60/60双级真空挤砖机，成型含水率14～16%的条件下，双泥条挤出速度可达15～18条/分，每小时约 24000～32000块（折标砖）。产品强度达到Mu15，孔洞率达到55%。保证了空心砖产品产量及质量要求，获得了新型墙材资质认证。第一步技改完成后，实现了产品上档次、上规模的目标。第二部，则是针对干燥及烧成隧道窑的改造，原有36门轮窑，改建为隧道窑。改造后的生产线整体布局合理、物流有序、操作维修方便、厂房宽敞明亮。
当采用分步实施技术改造时，需要对全厂地形，干燥及烧成隧道窑占地面积，厂区标高、变压器容量、原料与产品的进出道路等因素进行全面考虑，避免出现第二步技改时投资增加。
烧结砖企业技术改造工作与技术方案、原料及燃料、市场条件、产业政策等方面有密切联系，投入资金不会比新建生产线低很多。因而，建议企业领导与政府相关部门、科研设计单位、大型机械设备公司及窑炉公司进行沟通及合作，从而能在比较短的时间、合理的投资、可靠的技术方案、经济的运行费用条件下完成技术改造。