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鏈板式二次碼燒快速干燥設備的研發制造
鏈板式二次碼燒快速干燥設備的研發制造
林永淳1 張君倉1 師曉明1 閆開放2
陜西寶深機械 (集團) 有限公司，陜西 眉縣 722300
中國建材咸陽陶瓷研究設計院， 陜西 咸陽 712021
摘要：根據燒結墻體材料制品行業內燃或超內燃一次碼燒工藝產品存在的條面“壓花”、“黑心”壓裂變形等質量缺陷，陜西寶深機械(集團) 研發制造了鏈板式二次碼燒快速干燥設備，具有造價低、產量高、能耗低、產品質量上臺階、環境污染易達標等特點，并已獲得國家專利。這種干燥形式和鏈板式傳送結構，在國內尚屬首創，為行業產品質量的提升帶來福音。
關鍵詞：墻材燒結;鏈板式干燥;二次碼燒;產品質量
工業和信息化部、環境保護部和國家安全監管總局于2017年11月11日以工信部聯原[2017]279號發文，《關于加快燒結磚瓦行業轉型發展的若干意見》。這一重要文件的發布，對于指導磚瓦行業大力發展先進產品，堅決淘汰落后產能，推進綠色制造，促進節能減排，推動國廢利用，提高質量安全等方面起到了指導和引領作用，也為未來燒結墻體材料生產和裝備的發展指明了方向。為了適應“磚瓦產品向高摻量、高孔洞率、高強度、多功能和自裝飾等方向發展”，促進固體廢渣資源化利用，改善生態環境和減少大氣污染排放，針對一次碼燒工藝存在的眾多質量缺陷，陜西寶深機械(集團)有限公司(以下簡稱寶深集團)，按照279號文件精神，研究設計開發了與一次碼燒工藝造價基本相等的二次碼燒設備--鏈板式快速干燥窯(以下簡稱干燥器)。2018年11月，集團投資1000多萬元，對原實驗廠進行升級改造，今年5月建成投產。經過半年調試運轉，超過了預期結果。實現了磚瓦企業投資一次碼燒資金，建成了二次碼燒生產線，產品質量大幅提升。干燥器己獲得國家實用新型專利，并己申報受理國家發明專利。這一研發設計成果，必將成為未來行業二次碼燒工藝的主要干燥形式之一，市場前景看好。
- 主要技術參數
根據半年多的實際運轉，干燥器實際生產數據如下：
1.1、承載量：每米單層可碼實心磚坯體300塊，上、下兩層可碼坯體600塊，每塊濕磚坯按3.1kg計算，整條干燥器鏈板可碼濕坯64800塊，承受的濕坯重量為200.88t。多孔磚和空心磚折標磚后重量低于實心磚，干燥器承受拉力重量沒有問題。設計按300t考慮，安全系數較大。
1.2、生產量：承重多孔磚孔洞率在21.6%時(19個Ф20mm孔)日生產量計算為20萬塊左右，孔洞率超過35%的空心磚或空心砌塊產量折標磚30萬塊以上。
1.3、脫水量：①240×115×90mm多孔磚，孔洞率21.6%，單塊濕坯重4、51kg，干燥后重3.86kg，單塊脫水量0.65kg;②240×115×150mm 空心磚，孔洞率36%，單塊濕坯重6.18kg，干燥后重5.09kg，單塊脫水量1.09kg; ③標準實心磚單塊濕坯體重3.1kg，干燥后重2.7kg，單塊脫水量0.4kg。
1.4、含水率：多孔磚干燥周期3.5～4.5小時，干燥后坯體含水
率5.36%; 空心磚干燥周期2～3小時，干燥后坯體含水率4.17%; 實心磚干燥周期5～6小時，干燥后坯體含水率5.56%。干燥合格率100%。
1.5、寶深集團磚廠干燥器：外型尺寸長108m，寬3.2m，高2.5m(干
燥器示意圖見1a和1b);送風溫度80℃～280℃;鏈板行走速度0.3～1.2m／min;干燥周期2～6h，其中實心磚6h，多孔磚4～5h，高孔洞率空心磚或空心砌塊2～3h，排潮風量小于10萬m3／h。
圖1a干燥器長度方向示意圖
圖1b干燥器寬度方向示意圖
- 主要技術優勢
2.1節能降耗優勢：根據生產多孔磚實際情況，在燒成溫度900℃～950℃時，每公斤制品能耗在260kcal左右，比改造前下降了16%，日節煤4.16t。年節煤在1200t以上。能耗的降低，直接減少了硫氣體、煙塵等有害成分的排放，年節約能耗成本60萬元以上(按標煤每噸500元)。
2.2、固廢利用優勢：固體廢料都有兩大不同特點：一是可能高塑性、高含水、高收縮、高敏感，如江河、湖泊於泥、城鎮污泥、建筑基礎開挖或鉆探污泥、城市地鐵地下通道渣土、油井打鉆廢渣泥等制磚;二是又可能相反的低塑性、低粘性、低抗裂，如爐渣、粉煤灰、化工渣、建筑雜土等制磚。前者雖然塑性指數高，比較容易擠出成型，但這些固廢原料采用一次碼燒工藝制磚，易變形，易開裂。后者雖然塑性指數低，在高擠出壓力和高真空度下擠出成型，但由于原料的散狀和不易聚合的特點，采用一次碼燒也常會造成壓裂，影響燒成成品率。而釆用二次碼燒干燥器，單層或低層干燥，不存在壓變形和開裂問題。圖2照片為某廠粉煤灰一次碼燒窯，由于廠家工藝路線及碼坯方式出現原則錯誤，磚垛下4～5層均為壓裂等原因造成廢品。這種原料應采用二次碼燒。干燥器更有利用各種固體廢渣利用。
圖2：某廠粉煤灰下層壓裂照片
2.3、坯體干燥優勢：寶深集團研發的干燥器，抽取窯爐冷卻帶余熱通過管道，分多點進入干燥器內，潔凈熱空氣從下至上穿過坯體，并設有多道循環風機，從而保證了干燥器不同段帶的斷面溫度、壓力、和濕度的一致性，保證了坯體四周均勻受熱和自由收縮，避免了因干燥收縮應力裂紋。干燥器根據成型含水平及原料變化情況，隨時改變鏈板轉速，調整干燥周期，確保干燥合格率幾乎100%。
2.4、產品提升優勢：隨著國家禁粘、禁實政策力度進
一步加大，寶深集團研發制造的干燥器，更適應有節能保溫性能要求的空心磚和空心砌塊的生產。生產具有裝飾功能的墻磚，可以做到條面無“壓花”，滿生產砌筑清水墻要求。無論轉化產品規格型號，適應市場需求，干燥器技術參數調整范圍較大，適應范圍較寬，為企業未來發展高質量的多品種、多規格產品打下了基礎。
2.5、廢汽排放優勢：磚瓦工業大氣污染排放，煙塵顆粒物等指標受氧含量折算和排潮風量的影響較大。寶深集團研發的干燥器，熱風交換充分，氧含量在18%左右。日產20萬多孔磚，排潮風量在10m3／h以下。如果按照蒸發1kg水需要40m3風量取值，則需風量30萬m3以上。而新型干燥器按照日生產20萬快240×115×90mm多孔磚(孔洞率21.6%)計算，排潮風量在10m3／h以下，僅為傳統排潮風量的1／3左右。不但節電，而且有利于污染物排放折算后達標。由于送余熱熱風溫度高，有利于風量降低，這與理論計算也是相符合的。
2.6、燒成操作優勢：寶深集團二次碼燒干燥器，干燥后坯體含水率己下降到臨界含水率以下，坯體干燥收縮基本停止，再碼窯后只考慮燒成收縮，而燒成收縮較小，保證了燒成時坯垛的穩定性。半年多生產以來，未發生隧道窯塌垛倒坯現象。并消除或減輕了條面壓花和黑心及收縮應力裂紋。從碼窯層數講，只要燒成溫度范圍允許，碼窯層數18層以上沒有問題。碼坯量增加，隧道窯長度可適當縮短。
2.7、施工安裝優勢：工廠化制做，工期短，質量好，避免了隧道干燥室濕法施工。新型干燥器，現場施工、安裝，調試，建設周期短，實現早日投產。
3.8、設計調整優勢：針對不同原料和不同產品，可調整
干燥器長度;針對產品規格尺寸大小，可調整干燥器內空間高度;針對產品孔洞率高低，可調整鏈板速度，改變干燥周期。規格小、且孔洞率低或實心磚產品，在有效的干燥器內實現1～3層碼放，以提高產量。針對送風溫度和壓力，可調節進風位置和熱風循環系統。寶深干燥器設有溫度、壓力、濕度、風速傳感器，實現干燥器氣流均衡，上下溫度一致，各干燥段濕度保持恒定，干燥器技術參數調節更簡要方便。
3、造價對比分析
依以下一次碼燒工藝平面圖3和二次碼燒工藝平面圖4
為例，日產20萬塊，4.6～4.8m隧道窯。對傳統一次碼燒工藝干燥窯和隧道窯及廠房造價等進行對比分析，但不含切坯機以前的設備，也不含脫硫除塵、配電及自動化設備、道路硬化等造價。
3.1、傳統一次碼燒工藝：該工藝在現有磚廠占主導位置，其造價：①隧道干燥室一條(按90m計算)，包括土建、基礎、風機、頂車機、出口拉引機、軌道、軌道基礎、軌道安裝，3道干燥門、送風排潮管道等，估算造價95萬元;②焙燒隧道窯按140m計算，包括隧道窯土建、基礎、碼坯定位機;估算造價350萬元;③干燥、燒成、需窯車160輛，估算造價400萬元; ④頂車機、出口拉引機、軌道、軌道基礎、軌道安裝，3道窯門、窯上管道等，估算造價70萬元; ⑤廠房約9600平方米。簡易廠房按260元/平方米計算，估算造價250萬元;⑥整體旋轉碼坯機系統估算價格45萬元。以上合計估算1210萬元。
3.2、寶深集團二次碼燒干燥器：①隧道窯按120m估算造價310萬元;②需窯車65輛，估算造價163萬元;③頂車機、出口拉引機、軌道、軌道基礎、軌道安裝，3道窯門、窯上管道等，估算造價35萬元;④干燥器：包括窯體、碼干燥器、碼窯車等估算造價505萬元;⑤廠房約7200m2。簡易廠房按260元/m2計算，估算造價187萬元。以上合計估算1215萬元。
3.3、現有二次碼燒估算：①碼坯系統：包括運坯編組、托盤輸送及上下架、碼坯機、干坯編組、2臺碼窯車機器人、控制系統等，估算價445萬元;②干燥設備：包括90臺旋風器、4臺干燥擺渡、2臺干燥牽引定位、120輛干燥車、1920個托盤等估算價1070萬元;③隧道窯估算造價310萬元;④窯車65輛，估算造價163萬元;⑤頂車機、出口拉引機、軌道、軌道基礎、軌道安裝，3道窯門、窯上管道等，估算造價35萬元;⑥干燥室建造：包括土建、軌道安裝等，估算造價190萬元，⑦廠房9500m2，估算造價247萬元。以上合計估算2460萬元 。
3.3、造價對比分析
⑴、傳統一次碼燒： 估算造價1210萬元。
考慮2條自然脫水涼坯道：估算造價1360萬元。
⑵、二次碼燒： 估算造價2460萬元。
⑶、寶深干燥器：估算造價1215萬元。
從以上估算造價分析，寶深集團二次碼坯干燥器比一次碼燒高出5萬元，僅提高了0.41%，如果考慮成型后2條涼坯道自然脫水，估算造價增加150萬元以上，比新型干燥器造價高出12%;寶深集團干燥器與現有二次碼燒工藝比較降低了1225萬元，降低了49.8%。這一對比分析，充分說明了寶深集團新型二次碼燒干燥器，不但干燥坯體及產品質量上檔次，而且價格優勢突出，市場前景看好，是磚瓦企業新建和改造首選方案之一。
4、結論
鏈板式二次碼燒快速干燥窯，處于國際領先，國內首創，填補了行業干燥設備空白。比傳統干燥室 結構簡單、施工便捷、經濟實用、節能高效、干燥均勻，沒有廢品，可滿足空心磚，燒結保溫砌塊及裝飾清水墻燒結磚生產需求，縮短干燥周期，提高制磚熱效率。比目前市場的二次碼坯系統造價低1200萬元以上。投資一次碼燒的資金,實現二次碼燒，工藝流程簡單高效。必將為我國制磚行業眾多企業帶來實實在在的效益和產品質量的大幅提升。