CN1039986C - 用隧道窑生产青砖瓦的新方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种用现代化的隧道窑来生产青砖瓦的方法，其过程主要为预热-还原焙烧-熏烧-缺氧冷却-空气直接冷却，其缺氧冷却气体是用从隧道窑预热带抽出的气体经脱氧、降温得到的。该方法具有设备先进，操作便于实现机械化、自动化、生产率高、能耗低等优点。

Description

用隧道窑生产青砖瓦的新方法及设备

本发明涉及粘土砖瓦的生产方法及设备，尤其涉及一种生产青砖瓦的方法及所用的隧道窑。

由于青砖瓦强度高，吸水率低，耐寒性能比红砖瓦优异，且色彩不同，使青砖瓦的市场价格较高。目前，一般都采用土窑来生产青砖瓦，这种土窑虽然工艺简单、造阶低，但由于不能连续生产，且能耗很高，污染严重，故不能产生规模效应。现有的青砖瓦一般制造工艺过程为：码坯→封窑→预热→氧化焙烧→还原焙烧→熏烧→喷水冷却→自然冷却→出窑，其中还原焙烧、喷水冷却是砖瓦变青的控制环节。还原焙烧及捻烟之后变青了的砖瓦，为防止砖瓦内部粘土中的低价氧化铁及沉积附着在砖瓦表面上的石墨化了的碳素薄膜，因重新氧化而变红，还原焙烧及捻烟(熏烧)之后的变了青的砖瓦，必须在缺氧的气氛中进行冷却，达到安全温度(300～400℃)之后，才用空气直接冷却至出窑温度。而一般的隧道窑由于不能在缺氧环境下进行还原焙烧和冷却，因而只能烧红砖瓦。

为了低能耗、低成本、高生产率、大规模地生产青砖瓦，许多工业发达国家都尝试用隧道窑来烧制青砖瓦，但大多未获成功，据认为主要原因是在砖瓦变青的过程中，窑车之间不能相互隔绝的缘故。

GB1308937揭示了一种用隧道窑烧青砖瓦的方法，主要特点是在原料中渗入0.5～1.0％(重量)的锰化物；焙烧过程中加热到950℃～1150℃，部分冷却时(1150℃～800℃)保持还原性气氛，这样，即使温度在800℃以下是氧化气氛冷却，砖瓦仍可在锰着色剂的作用下保持青色。这种用金属氧化物作为着色剂的青砖工艺，与本发明的工艺具有实质的区别，锰原料的使用也会使生产成本提高。

一些日本专利中，熏瓦(青瓦)的连续烧成装置一般是经过预热带(950℃)、烧成带(950℃-1050℃)，在氧化性气氛中把瓦坯烧结后，降温至适合于熏烧的900℃-950℃，在此温度下用薪材捻烟或熏烧剂(一般用丁烷气体、液化煤气等熏化)，熏化剂热分解产生的炭素沉积在砖的表面上形成石墨化的炭素薄膜变成青瓦，然后进入冷却带在隔绝空气的条件下或用自然冷却或用水蒸气加水急冷措施及其他方法冷却至300℃-400℃，此后用空气冷却至出窑温度。这些专利虽然解决了窑车之间隔绝的问题，但其构造复杂，操作繁琐，生产规模也较小。(参见，特开昭51-B9809，特开昭53-78214，特开昭54-11112，特开昭56-113981，特开昭58-41764等)。

本发明的目的是用现代化的隧道窑为高生产率，低成本地大规模生产青砖瓦提供一种方法。

本发明的另一目的是提供一种可大规模生产青砖瓦的隧道窑。

本发明的目的是这样来实现的：在隧道窑中，使砖瓦坯经过预热、焙烧(烧成)、熏烧、缺氧冷却、空气直接冷却过程，其中，缺氧冷却的冷却气体是从预热带抽出经处理的无氧循环气体。同时，为了达到此目的，在隧道窑预热带正压处与缺氧冷却带尾部之间设置气体通道，使缺氧气体能从预热带抽出并进入缺氧冷却带形成循环。另外，焙烧是在950～1100℃的温度、还原性气氛下烧成。

通过本发明的改进，解决了隧道窑的还原焙烧和无氧冷却问题，同时，由于可以基本利用现有的隧道窑在大修期间进行本发明的技术改造，避免了上述专利中设备的复杂结构，因而操作较方便、投资也可大为减少。由于循环气体鼓入窑内，使通过焙烧带与部分预热带的气体流量显著增加，能均匀烧成码得较密的砖瓦垛，窑车推进速度也可加快，所以生产率可大大提高；如果不对循环气体进行脱氧处理，仍可以用本发明的隧道窑工艺来生产红砖瓦，这样，对于同一隧道窑来说，便可以根据市场订货要求，在一段时间内生产青砖瓦，在另一段时间内生产红砖瓦，经济效益因而也可得到提高。

本发明的特点是在约950℃-1100℃的温度下，在还原性气氛中焙烧，使粘土中的红色高铁氧化物Fe₂O₃被还原成青色的低铁氧化物(FeO)，这样使砖瓦内部断面也变青，产品强度较高，同时在900℃-950℃捻烟，(即用燃料在过量空气系数0.6-0.7下燃烧产生半煤气)使气体中的CO与H₂反应产生炭素沉积在砖表面上形成石墨化的炭素薄膜，随后在缺氧的气氛中冷却至300℃-400℃，然后用空气直接冷却至出窑温度约100℃。该过程中，在熏烧捻烟后至300℃-400℃的缺氧气氛的冷却方法是独特的。此方法是从预热带正压处，抽出平均温度约600℃的过量空气系数约为1.1-1.2的废气，通过脱氧处理及温度调节装置，把废气变成300℃-400℃的循环气体，往缺氧冷却带与空气直接冷却带的交界处鼓入，以加快安全冷却。

本发明用隧道窑生产青砖瓦的工艺示意图参见图4。

从预热带正压处抽出平均温度约600℃的废气，用油或气体等廉价燃料把循环气体中的氧气点火燃尽变成缺氧气体，然后向气体中注入水使其化成水蒸气，把温度降至约300℃。这种降温方法可使窑体和砖瓦不受伤害，且设备简单，成本低。这些气体大部分注入无氧冷却带以冷却砖瓦，小部份在无氧冷却带与空气直接冷却带之间形成一隔绝气幕。

从窑尾鼓入的冷空气冷却砖瓦之后，温度升至约300℃，抽出供烧成带焙烧装置燃烧。

为了防止空气直接冷却带的空气混入缺氧冷却带，在此两带交界处设置与窑两端的窑门同步升降的窑门。在窑门打开窑车前进的时候，上述的隔绝气幕起到防止空气混入缺氧冷却带的作用。

通常焙烧温度为约1000℃的隧道窑内，燃烧气体的实际流动速度大约为4-5m/s左右，若因循环气体大量加入流动，则可大大增加焙烧带燃烧气体的流速，例如窑内气体量增为通常的2-3倍时，其实际流速甚至可增加至约10-15m/s，这将使窑内充满加热用燃烧气体，密码的砖瓦垛中的小空隙(一般小于10mm)也能高速地被穿透而得到均匀的加快加热。

对敏感性原料，若是用水雾化成水蒸气加速冷却，也许会有产生裂纹等的危险，但是对400℃的砖，由300℃的缺氧气体冷却则因温度接近是安全的。本发明中，由于经过无氧冷却和烧成带及部分预热带的气体量增大，密码的砖瓦垛烧成可完善，局部过烧减少，冷却速度加快。这种工艺的隧道窑对敏感性原料可增产30％以上，从而降低能耗；对于新设计的隧道窑，可相应缩短其长度，从而节约投资。

通常窑炉用普通方法装窑的砖瓦垛，砖瓦与砖瓦的距离一般为120mm-30mm之间，需要卸装后另行密码才能直接运走。由于本发明窑内气体流量加倍地增加，使密码的砖瓦垛(砖瓦与砖瓦的距离可缩短至10mm左右)也能均匀烧成，从而可以直接运走，这为实现隧道窑的机械化码砖与卸砖和进一步提高产量是有利的。

对本技术领域的人员，根据隧道窑的产量，焙烧温度、工况、原料条件、工艺要求等具体情况来设计计算各部分气体的准确用量是不困难的。

本发明的隧道窑工艺适合于大规模生产青砖瓦，不仅可以把现行大规模生产红砖瓦的隧道窑加以改造成生产青砖瓦的隧道窑，也可以设计适合于大规模生产青瓦的隧道炉。但是这种窑的窑室的特点是：宽度大一些，高度低一些。

图1为本发明隧道窑的纵断面概图；

图2为本发明隧道窑的气体流量变化图，以烧成带与预热带交界处的通常流量为100％来表示；

图3为本发明隧道窑的烧成曲线示意图。

图4为本发明的工艺流程图。

附图中A：预热带；B：烧成带；C：熏化带；D：缺氧冷却带；E：空气直接冷却带；1，2，3：升降窑门；4：循环气体抽出孔；5：循环风机；6：循环气体通道；7：循环气体鼓入孔；8：气幕风机；9：气幕装置。

下面结合附图通过本发明的实施例来进一步阐述本发明。

使用粘土中掺入适量低热值工业废料(粉煤灰或煤矸石细粉等)的内燃砖坯，用窑车装入窑内，烧成带最高烧成温度为1050℃。首先使隧道窑按生产红砖瓦的工艺(即预热带A、烧成带B、熏化带C、缺氧冷却带D、空气直接冷却带E等各带均为氧化气氛)进行运转，生产出合格的红砖瓦。此时，缺氧冷却带D与空气直接冷却带E交接处的窑门2单独升高，维持停止状态，空气直接冷却带的鼓入空气全部换热成高温空气进入烧成带作为二次空气，且炉内压力曲线的零压点位于烧成带中间。第二步将烧成带的气氛逐步调整为还原性，仍生产出合格的红砖瓦。第三步将炉内压力曲线的零压点通过隧道窑排烟机(图中未示出)调整使排烟量减少，使零压点往预热带A前移至循环气体抽出孔4的前方，使循环气体抽出孔处于微正压状态，然后开动位于缺氧冷却带D尾部的循环风机5，使循环气体沿着设于窑墙两侧的循环气体通道6开始循环流动，并鼓进循环气体鼓入孔7，进入缺氧冷却带D；同时把窑门2降下来，使其能同窑门1与窑门3同步运转；并且开动空气直接冷却带的抽风机(图中未示出)将空气冷却带用于冷却砖瓦而换热成约300℃热空气全部抽出，利用于烧成带焙烧装置供燃烧之用。循环气体抽出孔4设置于预热带邻接烧成带处，窑墙两侧各有三孔，其中第一孔的抽出温度约700℃，第二孔约600℃，第三孔约500℃，平均温度约600℃，过量空气系数α约1.1。然后逐步调整循环气体流量为烧成带与预热带交接处在通常状况下的2倍，根据抽出的循环气体中含有的氧气量与气体流量(用仪表实际检测与控制)用脱氧装置将适量燃料油注入，使循环气体中的氧气燃尽，变成无氧气体。此循环无氧气体在鼓入缺氧冷却带的循环气体鼓入孔7之前，把适量水用降温装置滴入循环气体通道6中，水雾化成水蒸气使缺氧气体降温至约300℃，用循环风机5鼓进缺氧冷却带的循环气体鼓入孔7；然后开动气幕风机8，通过气幕装置9形成隔绝气幕，使升降门2打开进行推车时能防止空气侵入缺氧冷却带。然后又把烧成带邻接于缺氧冷却带D的第一个焙烧装置的过量空气系数α调整为0.6～0.7，使其产生半煤气，即可形成熏化(捻烟)气体。由此隧道窑便可按生产青砖瓦的工艺开始运转。由于循环无氧气体中含有水蒸气进入熏化带，对熏化阶段在砖瓦表面上形成石墨化的炭素薄膜是有益的。由于循环无氧气体中含有相当数量的CO₂气体，也可以抑制砖瓦表层的低价气化铁FeO与氢H₂反应(反应式如下)，形成金属铁Fe，避免砖瓦表面在雨淋之后产生锈斑现象。

            ……(1)

当此缺氧气体在变青了的砖瓦从约850℃冷却至约400℃的冷却过程中，由约300℃换热成为约600℃的高温气体把大量热量带进熏化带与烧成带同砖瓦加强热交换，又成为降低能耗的一个主要因素。当抽出的循环缺氧气体流量为烧成带与预热带交界处通常流量的2倍时，烧成带气体流量为通常流量的3倍，在1050℃温度下其实际流速为约13M/S，使密码的砖瓦垛也得到均匀地加快加热，无局部过烧情况。由于烧成与冷却速度加快，平均烧成周期约28小时。在此实施例中，循环风机5选用高温风机，最高工作温度600℃，风压为280mmH₂O柱(2740Pa)；气幕风机选用高压风机，风压为511mmH₂O柱(5010Pa)。

Claims (9)

1.一种用隧道窑来生产青砖瓦的方法，经过预热、焙烧、熏烧、缺氧冷却、空气直接冷却过程，其特征在于缺氧冷却的冷却气体是从预热带抽出并经处理的无氧循环气体。

2.如权利要求1所述的生产青砖瓦的方法，其特征在于焙烧是在950℃～1100℃温度的还原性气氛下进行。

3.如权利要求1所述的生产青砖瓦的方法，其特征在于从预热带抽出的循环气体是经过脱氧处理的。

4.如权利要求1所述的生产青砖瓦的方法，其特征在于经脱氧的气体是用水雾化成水蒸汽来降温至300℃左右再鼓入隧道窑中的。

5.如权利要求1或4所述的生产青砖瓦的方法，其特征在于无氧冷却气体是从无氧冷却带与空气直接冷却带的交界处鼓入的。

6.如权利要求1所述的生产青砖瓦的方法，其特征在于在隧道窑的缺氧冷却带与空气直接冷却带的交界处设置一窑门。

7.如权利要求1或6所述的生产青砖瓦的方法，其特征在于在隧道窑的缺氧冷却带与空气直接冷却带的交界处鼓进无氧气体，以形成隔绝气幕。

8.一种用来生产青砖瓦的隧道窑，它包括预热带(A)、烧成带(B)、熏化带(C)、缺氧冷却带(D)、空气直接冷却带(E)和升降窑门(1，3)，其特征在于在隧道窑的缺氧冷却带与空气直接冷却带的交界处没置一窑门(2)，在预热带正压处与缺氧冷却带尾部之间设置循环气体通道(6)，所述循环气体通道上设有循环气体抽出孔(4)和循环气体鼓入孔(7)，循环风机(5)使缺氧气体能从预热带用循环风机抽出进入缺氧冷却带而进行循环。

9.如权利要求8所述的生产青砖瓦的隧道窑，其特征在于在隧道窑的缺氧冷却带与空气直接冷却带的交界处设置气幕风机(8)和管道，以形成无氧气体隔绝气幕。

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