隧道窑常见问题分析探讨

曾志斌

摘 要：近年来由于生产技术的发展以及行政管理部门的推广，隧道窑在烧结砖行业得到了较大推广，发展迅速。隧道窑的先进性使不少砖厂在使用过程中获得效益，对它的认可度正快速攀升。但是，部分砖厂在实际生产应用中有着或多或少的问题，并没有发挥隧道窑最优化的作用，甚至有些砖厂的不恰当生产方式成为了制约生产的瓶颈。因此，为了更好发揮隧道窑的先进性，根据笔者实际工作中的经验总结进行分析，探讨了在实际工作中如何正确处理各种常见问题。

关键词：隧道窑 气压 内气流阻力 砖厂

中图分类号：TU522 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0043-03

1 合理的烧成制度

烧成制度是隧道窑生产的核心内容，制定了合理的烧成制度不仅能够保证烧成质量，并且实现快速烧成，以达到高产、低消耗的目的。

制定烧成制度应考虑的因素：（1）根据制坯原料的化学成分和矿物成分可以判断烧成温度和烧结温度范围，以及在焙烧过程的不同温度阶段分解气体量的多少。（2）根据差热曲线了解坯体吸热和放热情况，再通过综合判断，可确定制品各阶段极限升温速率和最大供热速度。（3）窑炉特点结构，码窑图，燃料种类，供热体积大小以及调节的灵活性。（4）调查了解同类原料和产品生产和实验资料。烧结砖焙烧时间，相同原料在不同的烧成制度下，烧成周期不同。长时间的焙烧，不仅增加了燃料及人力消耗，而且影响了窑炉及其附属设备的有效利用，牵制了生产能力的发挥。

2 降低系统内气流阻力损失

系统内气流阻力损失越大，电量消耗越多。不但要增加动力设备的能力，增加生产成本，而且限制了窑的产量。降低系统阻力损失意味着节约电能。

降低系统阻力可采用以下措施见图1。

（1）砖坯在窑车上垛码得规范。窑内坯垛码得规范，通道畅通，其长度方向阻力可降至约8～10 Pa/m；如果坯垛码得不规范，通道不通畅，其长度方向阻力将成倍增加。坯垛适当稀码则空隙大、阻力小，在同样抽力下，有利于气体流过，可以快速烧成。在这方面，机械码坯优于人工码坯。（2）选取适当气流流速。流速大，则气流摩擦阻力和局部阻力都相应增大；流速小，则降低烧成速度，进而影响产量。应选取适当流速，一般用风机排烟时的流速取8～12 m/s。另外，考虑建设成本，排烟烟囱超过60 m为宜，越高的烟囱提供的负压抽力越大。（3）当烟道断面需要变化时，应用逐步变化代替突然变化，用圆滑转弯代替直角转弯，用缓慢转弯代替急转弯，以减少不必要的阻力损失。（4）烟道内部光滑些可以减少气流摩擦阻力系数。（5）尽量缩短管道长度。

3 窑内气压制度的控制

3.1 零压点位置的控制

零压点是指窑内气压与大气压相等（即相对压差为零）的位置，隧道窑压力制度的形成是由各种气体综合作用的结果。有大量的冷空气在冷却带进入窑内，同时又有经换热后的热空气被抽出；在烧成带有燃料燃烧生成气体，在这些气流的作用下，使这一段窑内的压力大于外界大气压而形成正压。在预热带产生的大量烟气和水蒸汽经排烟风机（烟囱）排出，使窑内压力低于外界大气压而形成负压。因为气流运动中必然会有能量的损失，由正压向负压过渡时，必然有一个分界面，此处窑内外压力相等，这个面称为零压面（或零压点、零压位）。或简单解释为隧道窑中负压区域及正压区域的分界处称为零压位。在预热带——负压区，窑内废气及蒸发的坯体中残留水分被排出，但当窑体、窑车之间、砂封、窑门等处不严密或有损坏时，极易吸入冷空气，造成冷热气体分层而加大了预热带的温差。在窑内的正压区，冷空气不可能进入窑内，因此温度比较均匀稳定。所以大部分隧道要操作中都将烧成带控制在“微正压”区域，零压位控制在烧成带中部或靠近保温带的加煤孔排数的1/3位置处或者再靠后一些，这样做的目的使高温气体可以充满整个车面上坯垛，并能均匀加热，有利于高温下的保温。但是，如果正压过大，大量热气体会散失到周围环境中，增大了热损失。同时，当窑内下部两侧的砂封不严密，或有损坏时，或在窑车接头处密封不严时，有极易使高温气体向下窜入窑车下，会使窑车密封裙板变形损坏，变形大时会刮坏砂封槽；也会使窑车轴承中的润滑油流淌干净而损坏了轴承等；同时也会使操作环境恶化。

控制好零压点的位置，是正确执行窑内压力制度和温度制度的必要条件。如果零压位置向预热带偏移，很容易造成以下情况：（1）坯体在预热带升温过急，导致坯体开裂。（2）致使烧成带正压加大，热损失增加。

如果零压位置向保温带偏移，势必造成：（1）预热带负压加大，向窑内漏入冷空气增多，窑内冷热气体分层加剧，坯体预热小均，当这些坯体进入焙烧带焙烧时，烧成废品率增加。（2）产品得不到充分冷却，高温产品出窑遇到外界冷空气，不但会损产品质量，而且增加了砖出窑的热损失。

3.2 窑车面上下压力平衡

压力平衡是控制隧道窑热工制度的重要手段之一。如在隧道窑的检查坑道的检查坑道设置挡板、车底闸、强制鼓风和抽风等办法，使窑车上下（窑道内和窑底）气压达到平衡，以减少漏出热气和吸入冷气，确保窑内压力制度稳定和减少热损失，并保护窑车和改善劳动条件。

隧道窑内的窑车上、下是互相渗透、互相制约、互相影响的。如果处理不当，会给焙烧造成不良后果。如预热带的车身负压过大，就会从砂封、窑体、窑车不严密处吸进大量冷风，这些冷风入窑后带来的害处是：

（1）由于冷风体积密度大，热风体积密度小，导致气体分层，加大上下温差（上部温度高，下部温度低），使得窑车底部坯体预热不足。（2）吸人的冷风被加热，增加热能消耗。（3）增大排烟风机的负荷，削弱了对窑道的抽力，给调整带来难度，窑内零压点难以控制。

如烧成带与冷却带正压过大，造成火焰或热气下窜，车下温度升高，导致窑车金属部件变形、开裂、窑车轴承润滑油结焦，窑车运转不灵活，增加推车机负担。为了使隧道窑保持正常运转，就必须使车上和车下分隔开来，尽量减少互相干扰。解决办法有两个方面。

（1）加强曲封、车封、砂封。有一种做法是在车下适当部位设置一道或多道挡墙，可称之“静态密封”，在有关部位设置合适高度的挡墙，能够解决窑下冷气上窜而导致下层制品欠火问题。（2）实行车上、车下均压，造成车上、车下压头对抗。也就是说，在车下创造一个与车上相近的压力曲线，使车上、下差趋于零，可称之“动态密封”，“动态密封”一般借助于风机作用。實现“动态密封”后，就可以有效阻止烧成带、冷却带的火焰或热气下窜，同时也可以避免预热带从车下吸入冷空气到车上，避免了烧窑车的现象。

4 砂封的重要性

回顾隧道窑发展历史，从1765年隧道窑问世并没有立刻大范围应用到实际生产，直至1880年发明砂封后，才得到各领域的推广，从此也可看出砂封对于隧道窑的重要性。

砂封槽的主要作用是隔绝窑车上下气流，使窑内压力和温度制度保持稳定。砂封缺砂或砂封槽破损，必然会造成窑车上下漏气。有的部分冷空气上窜，不但会增加热量消耗，而且会将窑车金属构件烧变形，使窑车轴承润滑油烧焦。应努力避免上述问题的出现。

砂封槽中应保持足够量的砂子，砂面高度不宜低于50～60 mm（为了确保砂封槽具有较高的密封性能，从一些文献和经验上看，砂子的理想粒度是5～7 mm的约占30%，其余70%是无尘细颗粒。并且，窑车的侧面裙板应插入砂封槽中的砂子，深度能够达到100 mm左右为佳。

从该地区的烧结砖隧道窑来看，大多数隧道窑的砂封槽做法是：烧结砖砌筑，抹水泥砂浆。这样的做法是造价低廉，缺点是整体性能差，容易碰坏，造成漏气。笔者认为可以采用钢筋混泥土现浇，其优点是整体性能较好，缺点是施工较麻烦，与烧结砖砌筑的砂封槽相比较为不容易碰坏，但是一旦碰坏，修补较为麻烦。行业上也有砂封槽采用铸铁件或型钢件埋设，其整体性能好，施工、修补也很方便，但是造价偏高。

该地区有越来越多的烧结砖窑采用带干燥室的工艺，但是大多数干燥室都不带砂封槽，造成干燥室中一部分热烟气未能穿过窑车上坯垛空隙对湿坯体进行干燥，而直接在窑车下方流过去。因而，造成热能浪费，干燥热效率降低。同时烟气中掺有含硫烟气，更会腐蚀窑车金属构件。

5 陈化

5.1 陈化的机理

制砖原料的陈化有两步，其过得和机理分别为：在自然环境中，开掘出来的制砖块体原料，通过风吹日晒雨淋和攒堆“闷发”的风化，使大的块体进一步疏解，这个过程是陈化的第一步；原料通过机械强制破碎，从大的颗粒进一步变小，再经与水拌和后放置到料仓静置，同时由于颗粒受到外力强制破坏，颗粒本身的应力和存在裂隙，在水分子的作用下，应力集中处通过毛细作用被水分子“涨开”而开裂，大的变小，逐步变得更小，同时颗粒本身也得到水的滋润。机理是由于水分子的O-H键的键能比矿物晶体间的分子间作用力稍强，而破坏晶体间的联接；个体粒径越小，表面积越大，与水分子的接触面也愈大，水分子的氢键个数与晶体分子接触的数量越多，这样物体被疏解。

分析陈化后原料粘性增加的原因，是由于矿物质晶体内部分子受到周围分子的作用力，能量较低；而表面水分子与周围分子接触较少，但能量较高，因此表面能就大，吸附力较强，因而粘性增加。

5.2 陈化的必要条件

影响陈化的因素有：原料的入仓粒度级配、入仓原料的含水率（水分）、仓内静止时间、陈化库的室内温度。

基于物料陈化的机理和实践经验，笔者认为原料人仓粒度的选定依据是：首先根据原料的种类和制砖的品种，当以页岩类为主和生产承重砖（砌块）时，作为骨架的大颗粒要多些；当硬度较高的原料作为主导原料和生产非承重砖（砌块）时，要求作为骨架的大颗粒要少，相对增加填充颗粒（1 mm左右）数量，粘结颗粒的数量力求增加（但也不能一味地追求增加该颗粒的占比，则会增加设备的磨损和电力消耗，降低产量）。破碎加水搅拌后的物料（泥料），部分较大的颗粒吸水后疏解成为更小的颗粒，逐步形成粘结颗粒，利于成型的生产。

破碎加水搅拌后的物料即泥料，它的含水率是由成型的生产工艺要求决定的——不大于成型产品的含水率。尤其是目前硬塑挤出机的工艺要求，当泥料的含水率高于成型要求后，产品发生变形，尤其是直接与窑车台面接触一层的砖（底层）坯变形严重，形成废品、残砖。根据实践经验，泥料的含水率低于成型要求的含水率2～3个百分点，满足泥料在“闷发”时水的毛细作用即可。

通过测定制砖原料经陈化后变形比与时间（天、小时）之间的关系，可以找到原料的最佳陈化时间。当以时间（天、小时）为横坐标轴，变形比为纵坐标轴，连结各点绘制成时间一变形比曲线。从曲线上找出变形比最大点，该点对应的时间即为最佳陈化时间。通过不同地域和原料的测定，大都在40～72 h之间。以页岩为代表的原料，在自然环境中充分风化后，陈化时间更短。

6 隧道窑降低能耗的发展方向

以笔者对隧道窑能耗的工作经验来看，目前大部分隧道窑都能通过一些技术改造降低一定的能耗，这也是以后隧道窑要研究的方向，总结为以下几个方面。

（1）在劣质原料大量用于烧制砖的趋势下，能“粗粮细作”，快速烧成高质量产品。（2）更充分利用各种含有热能的资源（包括含有热能的废弃物和清洁能源太阳能、风能等）；努力降低燃料消耗，进一步提高热效率；寻求充分利用余热、废热的途径。（3）目前的隧道窑基本上都是使用煤这类固体燃料，应研究高效、适用的机械化燃烧装置代替人工加煤，这样做可省去大量易漏气的投煤孔，且为自动调节、控制，加入窑中的外燃料量创造条件。（4）研究、改进和发展各种耐火材料，努力提高窑炉保温性能和使用寿命。（5）提高机械化和自动化程度，要研究机械化、自动化码、卸窑车和干燥车以及进、出窑和干燥室的方法（不仅适应单一品种生产，还应适应多品种产品生产）进一步减轻笨重的体力劳动。同时要改进和完善隧道窑烧成制度的自动调节系统，达到提高产量、质量、降低燃料消耗，改善劳动条件的目的。研究、推广计算机在窑炉上的应用，研究、推广各类窑型的数字模式，并建立窑炉热工最优控制方法的理论和实践。

参考文献

[1] 赵镇魁.烧结砖瓦生产应知应会600问[M].北京：中国建材工业出版社，2013.

[2] 王昌军.新建隧道窑的烘窑与调试[J].砖瓦世界，2016（5）：40-43.