三种一次码烧“烘烧连通窑”利弊谈(深度好文)

现代烧结砖瓦生产线必备的热工设施有干燥室(俗称干燥窑、干燥洞、烘干窑、烘干洞等)和焙烧窑,二者缺一不可。干燥室和焙烧窑的种类很多,各具特征,优缺点并存,适用条件各异。设计和新建一条塑性挤出成型的烧结砖瓦生产线,必须根据原料、燃料、产量、产品品种、生产装备、工艺技术及其他生产条件的不同,综合考虑各种相关因素,慎重选用相适宜的干燥和焙烧工艺,不可盲目地随意选用。特别是对一次码烧“烘烧连通窑”的选用,更得谨而慎之。

1. 什么是一次码烧“烘烧连通窑”

烧结砖瓦生产的基本工艺过程依次可分为原料制备、陈化、制坯、码坯、干燥、码窑、焙烧几个阶段。合理的烧结砖瓦生产线,应该是通过相关的物料输送设备,例如铲运机、输送机、运坯车、摆渡车、步进机、顶车机等,把这几项生产工序按工艺要求合理的组成,形成连贯的、完整的、平衡顺畅的流水生产线。

其中对码坯、干燥、码窑、焙烧工序分别有二次码烧工艺和一次码烧工艺(含“一次半码烧”)之分。

二次码烧工艺是先把成型后的湿坯按干燥工艺要求码放在干燥车(或其他干燥设备) 上进入干燥室脱水,干燥成为干坯后,再把干坯按焙烧工艺要求,再次码放到焙烧窑焙烧成合格产品。由于两次码坯适用的热工设备不一样(一个是干燥室,另一个是焙烧窑),码坯的方式也不一样,码坯的目的和效果也不一样,,两次码坯相应的工艺要求和工艺制度更不一样。这种工艺流程较长,机械化自动化程度高,需用设备较多,一次性投资大,但对原料的工艺性能要求不高,可适用各种原料以及制品,更适合大块、多孔、薄壁的制品。

一次码烧工艺是按同时满足干燥工艺和焙烧工艺要求,将成型湿坯一次码放到相应的载坯设备上(比如窑车),然后将码好湿坯的载坯设备先进入干燥室脱水干燥成为干坯后,随原载坯设备脱离干燥室,再到焙烧窑进行焙烧。一次码烧坯体的码垛方式要求必须同时满足干燥室与焙烧窑的要求,但干燥室和焙烧窑一般是两个独立分开的不连通的热工设施,各自按不同是工艺制度和生产要求独立运行。该工艺流程短,设备少,投资低,易于机械化自动化,但对原料的工艺性能要求很高,适用范围较窄,选用不当容易导致产品质量缺陷。

另外还有一类一次码烧方式的生产工艺,是把干燥设施和焙烧设施设计建成为连通一体的窑体,不是两个独立分开的热工设施,前端是干燥室,后端是焙烧窑,中间无间隙直通连成一体。它除了坯体采用一次码烧方式外,把干燥室和焙烧窑也搞成了连通的 “一体化”。生产时把成型的湿坯码放在载坯设备上进入前半部干燥室脱水后,不间断地直接连续再进入后部焙烧窑焙烧。这种窑实质是把烧结砖瓦生产中的干燥、焙烧两个基本工序简化合并成为一个工序,建成一个热工设施。对这种窑既不能称作焙烧窑,因为前段带有干燥室;也不能称为干燥室,因为后段紧连着是焙烧窑。对这种窑有“直烘窑”,“一条龙窑”等多种叫法,笔者则称其为一次码烧“烘烧连通窑”。这里的“烘”特指干燥室,是借用行业内一些人把干燥室称作烘干室、烘干窑的叫法;“烧”则指焙烧窑。这种叫法是否妥当,不置可否,但是它很形象地表达了这种窑的特征。

2. 一次码烧“烘烧连通窑”的种类

在我国近几十年烧结砖瓦行业发展过程中,接二连三出现具有一次码烧“烘烧一体”特征的“烘烧连通窑”,大致归纳有三种类型:

第一种,一次码烧轮窑

轮窑是德国人佛里德里希·霍夫曼于1858年发明的,所以轮窑又称霍夫曼窑,是历史较长、使用广泛的砖瓦焙烧窑。起初设计是圆环形,后来为了多增加窑室而改进为椭圆环形,故又叫环窑,在我国称其轮窑或八卦窑(台湾等地区)。在半干压制成型(坯体成型含水率10%左右)生产线上曾经采用轮窑焙烧的一次码烧工艺,在我国也有成功的范例(唐山马家沟,唐山地震后改为隧道窑,一直生产了近百年),但在塑性挤出成型的生产线上一般是采用二次码烧工艺,轮窑只是焙烧干燥后的干坯体,不带湿坯烘干的功能,不是“烘烧一体”的直通窑。

所谓一次码烧轮窑,是在轮窑焙烧段的前段,原本码放干坯的位置陆续码放挤出成型的湿坯,把这段当作干燥窑烘干湿坯使用。把轮窑焙烧带的烟热和冷却带的余热抽送到干燥段烘干湿坯,待湿坯干燥脱水后直接通过哈风把焙烧段的烟热引过来依次进行预热、升温、焙烧等过程。湿坯干燥脱水和高温焙烧过程均在轮窑里一次完成,这种轮窑就是一次码烧“烘烧一体”的轮窑。

这种一次码烧轮窑的生产方式始见于清朝末年(唐山开滦煤矿开发时),但是当时使用的是半干压成型工艺制作砖坯。因为自从有了霍夫曼窑以后,许多采用自然干燥,轮窑焙烧工艺的地方,在遇到连续阴雨天气时,都可能为了维持生产而把刚成型的湿坯码放到轮窑里去烘干,待坯体脱水干燥到一定程度(往往需要二次翻坯倒垛完成),直接通过哈风把焙烧段的烟热引过来进行产品的高温焙烧。这样既可以避免坯体在室外被雨淋坏,又可以防止缺少干坯导致轮窑熄火。这应该是一次码“烘烧一体”轮窑的雏形。但这只是特殊困难生产条件下没有办法的权宜之计,主要是为了保轮窑不熄火,不能作为正常的生产方式使用,在实际生产中也确实暴露出许多问题,常见有火行速度缓慢、能耗高、焙烧温度低、产量低、质量差等缺陷,更严重的是常常出现倒窑塌垛和产品裂纹、哑音、夹生以及其他产品质量缺陷。

可是在2000年前后,行业内一些人兴师动众大力推介起一次码烧“烘烧直通”的轮窑。他们把普通轮窑“技术改造”后,搞出了一次码烧的“三风道”、“四风道”甚至“五风道”轮窑、“满天星轮窑”等。纷纷称其为自己的最新创造发明,争相申请专利,在砖瓦行业内沸沸扬扬,轰动一时。都把自己的一次码烧轮窑冒称为“新型、节能、高产、经济”的轮窑,宣称“简洁合理,经济适用,节能高产”等等。于是,随后短短几年全国涌现出一大片一次码烧“烘烧直通”轮窑。遗憾的是紧接着就爆发出个个窑都频繁出现塌坯倒垛现象,以及产品裂纹,或哑音、夹生、能耗高等严重的问题。再紧接着又听到了一大片呼救声:许多盲目建了一次码烧轮窑的老板到处寻找能人高手,求救解决自己轮窑生产塌坯倒垛、产品裂纹和其他产品质量等问题;……。面临这些严峻的现实,行业内众多有识之士对一次码烧轮窑的工艺合理性、可靠性提出强烈质疑,纷纷声讨。于是在2010年前后,迫使一次码烧轮窑悲剧性的发展被基本遏制。特别是国家发展和改革委员会2011年第9号令《产业结构调整指导目录(2011年本)》将砖瓦24门以下轮窑以及立窑、无顶轮窑、马蹄窑等土窑列为淘汰的落后生产能力后,一次码烧轮窑已经无人再建,已建的轮窑也将被淘汰推倒停用。

第二种:一次码烧“烘烧直通”隧道窑

隧道窑出现很早(大约1765年)。一次码烧隧道窑有两种方式:一种是把干燥室也建成断面和焙烧窑基本相同的隧道式干燥窑。隧道干燥室和焙烧隧道窑可以并排平行布置(包括那种中间只有一堵隔墙的“烘烧联体窑”),也可以前后一字型布置,但干燥室和焙烧窑中间都是断开不直通,干燥室和焙烧窑是两个分别独立设置的热工设备,中间有码坯车储备、周转位置和调运、顶车设备。干燥室和焙烧窑两座设施两个工序各自独立运行。虽是一次码烧,但不是“烘烧一体”。这种一次码烧隧道窑不是本文说的一次码烧“烘烧直通”隧道窑。

另外一种一次码烧隧道窑是把断面相同的隧道式干燥室和隧道式焙烧窑前后一字型串联,建成了一条中间无间隙“烘烧一体”直通的隧道窑(有的中间有一道闸门,有的没有闸门)。这种隧道窑的生产线制坯是用塑性挤出机,成型的湿坯是人工或码坯机、机械手一次码坯方式码到窑车上,然后码有湿坯的窑车进入干燥和焙烧连通为一体的隧道窑,中间无间隙不间断连续完成湿坯干燥和高温焙烧生产过程。这种一次码烧隧道窑则是本文重点讨论的一种典型的、有代表性的一次码烧“烘烧直通”窑。

一次码烧“烘烧直通”隧道窑在坯体半干压制成型工艺的生产线上有使用的(湿坯成型水分10%左右)。出现在坯体塑性挤出成型工艺的烧结砖瓦生产领域的一次码烧“烘烧直通”隧道窑,是上世纪六十年代,由天津一家砖厂首先创建,前后经过五、六年漫长的试验、改进后,基本成功投产。之后,到了上世纪七十年代,这一成功的特例可悲的被当作“范例”在全国大面积推广,乃至三、四年的时间里全国就有100多家砖瓦厂建了好几百条这样的一次码烧烘烧直通隧道窑,而且不管各地原料的成分、性能,也不看当地的气候环境和建厂条件,几乎全是建的一个模式。结果,除少数几个厂外,大多生产线都出现坯体倒垛,或产品裂纹、或哑音、或过火、或夹生等严重质量问题,没过几年就都停产报废或改为另用。这轮一次码烧“烘烧一体”直通隧道窑的低质量、低效益、高速度、短寿命的发展阶段基本以失败而告终。

可是近几年,这种已经被证明工艺技术上明显有问题的一次码烧“烘烧一体”隧道窑,又被一些人从垃圾堆拣出来,稍加改动,当作新东西大面积推广。把个别成功特例的功能、优点尽力夸大, 鼓吹“一次码烧”、“烘烧一体”工序简洁高效、造价低和用人少的优点,隐瞒“一次码烧”和“烘烧一体”的问题缺陷,误导一些急功近利的投资者,在烧结砖瓦行业内大肆胡乱推广,近乎泛滥成灾。形成了新一轮低水平、低质量、低效益、高速度的重复建设。遗憾的是实际生产使用中都没能够解决这种一次码烧隧道窑塌坯倒垛和产品裂纹、哑音、过火、夹生等老毛病,又造成了不少企业和投资者的经济损失,不但没有促进砖瓦行业的进步和健康发展,反而拖后倒退。

第三种:一次码烧移动式环形隧道窑

一次码烧移动式环形隧道窑的窑体是圆弧状,断面为“∏”字型,安置在两条同心但不等直径的圆形轨道上。两条轨道中间的环状窑底类似轮窑的窑炕,用来码放湿坯,并且坯体固定不动,由可移动圆弧状窑体带着焙烧火带在坯垛上穿过,沿圆环状轨道行走。窑的断面内宽有4.5m、6.5m、8.8m、10.8m、13m等多样不一,最宽的超过20m,可谓是大断面窑体。这种可移动的环形窑前段是干燥,后段是焙烧,两段直通连成一体。有的中间有一道闸门隔开,有的干脆一道闸门也没有,直通到底。这种移动式环形“烘烧连通窑”的生产线都是把挤出成型后湿坯体的码坯、干燥、焙烧和卸砖出窑四个基本工序连续紧凑的布置在环形窑道上,先把湿坯码放在窑体前方轨道之间的环形窑底上,窑体前行吞入砖坯,焙烧火带随窑同行,依次完成干燥、预热、焙烧、冷却工序。窑体移动后再在露出敞开的窑底卸运曝露于窑后的成品砖。有的移动式环形隧道窑还把成型设备、切码设备也安置在环形窑道上,相互之间没有缓冲、储存、周转工序,全都随环形轨道顺次衔接,循环移动运行。从这一结构特征来看,称其为“移动式环形隧道窑”是不确切不恰当的,因为“隧道”是指固定不动的山洞、涵洞,或类似的通道,有车或物体从里面穿过,而隧道是不移动的。实际上“移动式环形隧道窑”更像一次码烧轮窑,它和一次码烧轮窑同出一辙,也是“烘烧一体”,只是窑体变成了移动式的和圆弧状而已(轮窑的鼻祖霍夫曼窑起初就是圆环形)。

移动式环形隧道窑很早在陶瓷和耐火材料生产行业就有使用的,只是仅仅当作焙烧窑使用,不带干燥(除非是半干压制成型坯体)。在我国砖瓦生产领域则始见于1998年山西寿阳。由于它比一般隧道窑有相对投资少、建窑时间短、生产成本低;比一般轮窑机械化程度高,工人劳动强度低,工作环境好等优势,得到不少人的极力推介和纷纷效仿,在最近几年里发展很快,几近泛滥。

但是,一次码烧移动式环形隧道窑实际使用效果不尽如意,暴露出许多缺陷,存在产品质量都较差,废品率高等不少问题,大多没有达到设计人员或窑炉公司的各项承诺。因为这种窑和一次码烧轮窑、一次码烧“烘烧一体”隧道窑一样,都是一次码烧的“烘烧连通窑”,大多厂家也都出现同样的塌坯倒垛,或产品裂纹、或哑音、或过火、或夹生等各种严重质量缺陷。移动式环形隧道窑已经显现出是一种“问题窑炉”,但其当前的发展势头仍然不减,恐怕又会形成砖瓦行业内最新一轮低水平、低质量、低效益、高速度的不当发展。

(以上为作者观点,不代表本部,谨供大家参考。)

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