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烧结砖生产线的陈化
04-08
随着我国墙材改革的不断发展，生产烧结砖的原料逐步由粘土转变为煤矸石、页岩、粉煤灰、河流淤泥等新型原材料。全国各地也都采用此类新型材料承建着烧结砖生产线,特别是利用煤矸石、页岩为原料制造烧结砖得到广泛的应用。烧结制品也由传统的标砖发展成为烧结多孔砖、烧结空心砖及烧结保温砌块等各种规格烧结制品。但是新型材料的使用却带来了新的问题：很多砖厂却面临着难以生产出合格产品的尴尬局面。原来能够生产标砖的原料，怎么也生产不出多孔砖、空心砖或者生产出来的产品外观差，质量差，根本达不到国家标准要求。制砖设备和窑炉都没有问题，但是却蒙受着巨大损失。原因在哪？如何才能烧出好砖？原料陈化成了解决此问题的关键。
陈化的功能之一就是提高原料塑性。原料陈化，也叫闷料困存，目的是使原料颗粒疏解，泥团松散，水分匀化，使颗粒表面的水分渗入到颗粒内部，使干湿不均匀或搅拌不充分的原料通过相互渗透而达到水分均匀一致，改进原料物理性能，便于挤出成型。我们使用的煤矸石、淤泥、建筑垃圾、页岩等主原材料各有各的特性，而且即使是同一名称的原材料，也会因为区域等的不同性能存在很大差异，这就需要通过某种途径使以上原材料达到最佳制砖效果，实现对原材料的改性。原料陈化，是目前满足这一要求的最佳方案。一般来说，陈化的最短时间为72小时，否则无法达到陈化效果。
原料通过陈化后更加方便成型（塑性好、易成型、裂纹少、挤出压力低等），砖坯质量因此得到提高（砖坯表面光洁、密实度好、不易开裂等），成型合格率也相应提高（废坯率低）。
陈化的功能之二就是原料储存。我国大部分地区每年都有一段时间雨季。如果没有足够的原料保证生产，势必会带来严重的损失。这就需要多管齐下，不仅在原料堆场做好物料储存，还要在原料陈化过程做好存料工作。同时，避免了因一台设备出故障而“一停全停”，对维持连续正常生产提供了重要保证。
原料陈化必须具备四个条件：粒度、水分、时间、温度。粒度越细，其陈化效果越好（颗粒越小，颗粒表面的水分越容易渗透到内部）。而且通过陈化后，泥料的细粉料会有所增加，原因是部分较大的颗粒吸水后疏解成为更小的颗粒，泥料陈化时间越长，细粉料的含量会越高。页岩、煤矸石等块状原料的塑性是通过细化后才体现出来的，颗粒越细其塑性指数越高，泥料的陈化离不开水分，在一定范围内，泥料的含水率越高，其陈化效果越好。但陈化库的泥料含水率是由成型含水率决定的，即其最高含水率应小于或等于成型含水率。尤其硬塑成型工艺中，对泥料水分的要求更严格，因为一旦泥料的含水率过高，会使窑车底层砖坯变形。因此，生产过程中一般要求进入陈化库的泥料含水率接近或达到成型含水率为最佳。 原料破碎成粉末后并不能体现出塑性，而为什么加入水后呈现塑性呢？毛细管力和粒子之间的相互吸附是产生塑性的根本原因。泥料体现的塑性我们通常称之为“粘性”，即水分子与粘土颗粒形成胶状体，这样看来水对粘土颗粒来说无疑起到了“液体胶”的作用。
时间是影响泥料陈化效果的又一重要因素。陈化时间越长，其效果越好；陈化时间越长，成型挤出压力越小。原因是细粉料增加，较细的颗粒会降低摩擦阻力；水分渗透均匀一致，吸水后的颗粒经挤出机挤压后，水分会跑到颗粒表面来，所有颗粒的表面都披上了一层“水外衣”，水分子在物料颗粒和耐磨材料之间能起到很好的润滑作用。从理论上说，陈化时间越长越好，但随着时间的延长，其陈化效果改善不再明显（或改善非常缓慢）。目前业界普遍认为陈化时间达到72小时就可以了。 温度对泥料的陈化效果也起着非常关键的作用。根据我们多年的生产经验，同一个厂的泥料，同样的陈化条件，夏天就要比冬天好用，一搅用热水搅拌的泥料比用凉水陈化效果要好得多。目前我们设计中普遍要求陈化库环境温度不低于10度。
经陈化后，出料一般用多斗挖掘机，该设备可以做到先进库的料先出，后进库的料后出，稳定性好，经济性好，是目前国内外比较流行的陈化方式。
制砖原料和品种的复杂性、多样性，决定了砖瓦生产企业在建设过程中不可避免的考虑到陈化库的选择。
原料制备工艺的最后一道工序是陈化，陈化的主要作用是使物料充分混合均匀、均化水分，并进行离子交换，使一些硅酸盐矿物与水分接触水解成为胶结物质，从而提高原料的塑性；还可以发生一些氧化还原反应有利于无生物繁殖，使原料松软均匀，进一步增加塑性、提高流动性和粘结性，为坯体成型做好充分的准备。
国外在高质量空心制品的生产中，泥料陈化处理是不可缺少的工序。我国砖瓦工业在最初的手工制砖时期，对原料陈化就很重视，采用机械化生产后，由于实心砖对原料要求不高，生产泥料的陈化工序被忽略。
一、陈化效果与陈化期
我国科研人员与1989年首次进行了粘土陈化对泥料性能影响的系统研究，经过大量实验证明：不论是黄土、粘土、页岩或山土（原生土），经一定时间陈化处理，都有不同程度的塑性增加、干强度提高、坯体抗裂性能改善、PH值及烧成吸水率降低等效果，自此我国烧结砖瓦行业又开始重视并采用陈化处理工序来改善泥料的成型性能、提高产品质量。
图1是西安地区黄土陈化时间与成型性能的关系的实验效果。在这次实验研究中，通过粘土各种成型性能的测定，认为在陈化1~3天内陈化效果较明显。以西安黄土为例，陈化2天时普氏变形比曲线和阿氏锥沉降深度曲线变化幅度最大，表明此时陈化对成型性能影响最大。3天后这2条曲线开始下降，PH值曲线趋于平稳；干燥性能继续改善，干燥强度持续增加，但改善和增加的幅度明显减少，进一步说明陈化性能改善成型性能和干燥性能，但3天内效果明显，3天以上改善幅度明显减弱，因此综合考虑也应选择2-3天陈化期为最佳，再延长陈化时间是不合理的。
二、陈化设施
陈化设施包括陈化库和陈化塔，主要作用是陈化原料，同时还起储存原料和缓冲的作用，具有调节生产的功能，是成型车间生产连续性的保证：通常原料经破碎、配比、混合以及加水搅拌后，送到陈化设施中实行原料的陈化。
1、陈化库
目前国内常用的陈化库有三种基本形式，为了介绍方便，分别以他们的外观形式称之为：地沟输出式陈化库、斜槽式陈化库和池式陈化库。
（1）地沟输出式陈化库
如图2所示，混合好的物料由带式输送机送到可逆带式布料机上，可逆带式布料机可沿厂房纵向来回移动，可以将物料抛撒到陈化库中任意区域。陈化库中的物料出料时，由人工将物料扒到地沟中的带式输送机上送出。
这种陈化库厂房不宜过宽（一般为9m~12m），设备简单，一次性投资小。若生产规模不大（年产小于3000万块普通砖）可采用这种形式的陈化库。
（2）斜槽式陈化库
如图3所示，这种陈化库的上料方式与上述陈化库形同，但是它的存料形式是一个有20°~30°倾角的斜槽，出料时由多斗挖掘机挖送到带式输送机上送出。多斗挖掘机的斗臂通常长9m~11m、上仰角20°~30°。下倾角20°~30°，可通过轨道沿厂房纵向移动。
该陈化库机械化程度较高，生产环境清洁，技术成熟，目前国内大中型砖瓦生产企业均采用这种形式的陈化库。
（3）池式陈化库
如图4所示，这种陈化库上料方式的前半部分与上述上述两种陈化库相同，即混合好的物料由带式输送机送到可逆式布料机上，可逆带式布料机再将物料送到桥式布料系统中。桥式布料系统由可逆带式布料机与纵向、横向轨道及桥架组成，该系统可沿厂房的纵向移动的同时还可以横向移动，它的布料方式呈平面形状，布料面积大：而上述两种陈化库的布料为线性方式，布料范围窄，空间利用率不高。该陈化库的存料方式与其布料方式相对应，是一个长方形的储料池，该池子宽18m~25m，深2m~8m。这种陈化库出料由桥式多斗挖掘机取料并送到带式输送机上，桥式多斗挖掘机是由多斗挖掘机与纵向、横向轨道及桥架组成，它既可以横向行走也可以纵向行走。
池式陈化库机械化、自动化程度高，存储量大，空间利用率高，适用于生产规模较大的生产企业。
上述三种形式的陈化库具有存储量大的优势，但是存料区为敞开式，密闭性不好，不适用干燥地区。因为无聊接触空气的面积大，水分蒸发快，失水后的原料易结块，改变了原料的粒度组成，这样不仅起不到陈化效果，还影响后续生产及产品质量。
2、陈化塔
陈化塔也成湿化塔，外形似塔，塔径通常大于4m，现代大型塔的高度接近20m。从它发展历史看，最初出现的是塔底旋转的圆形塔，容量只有几个立方米。后来出现的塔底固定的圆形塔，容量可达几百个立方米，已有达1600立方米。
（1）塔底旋转的圆形陈化塔
这种陈化塔原料自塔上端进入，随着卸料逐渐循螺旋线向下运动，最后被带入横跨底盘直径的螺旋绞龙中。由于螺旋绞龙的回转运动，将原料向两个方向卸出（图5）。调节底盘的转速，可以得到不同的产量。
塔壁呈圆筒形，通常由3个或4个圈壁组成，直径自上而下增大。圈壁用钢板制造。在塔上，紧挨着排泥区的上面，设置了几个向塔中心倾斜的、为减轻荷载用的唇形板。它们承载了上面原料的压力，减轻了排泥区的压力，使泥料能够进入绞龙的工作区域，然后从卸料口排出。这些唇形板不是连续的。使堆积在其上的原料能被推出并落到排泥区，不至成为死区。
旋转底盘可以在0.1r/min~0.5 r/min范围内无极调速，以满足不同产量的需要。调节方法可用手动或电控。为了保证底盘上的泥料跟着旋转，底盘上装有辐射状的刀片，以增大底盘面的摩擦阻力。底盘支撑在球轴承上旋转。它的齿圈用普通铸钢制成。
在塔的中心轴位置上有一圆轴一其上设置一个能转动的、高低可以调整的椎体。它的作用是承受绞刀上部原料的压力，可减轻排泥区的单位面积压力。另一方面，还可避免在内端支承处形成一个固定原料的死区。椎体同底盘一起转动。
2个螺旋绞龙分别安置在内端支承和外端支承上。
陈化塔的动力配置，主要有两部分，即驱动底盘转动的动力和驱动螺旋绞龙转动的动力。
（2）塔底固定的圆形陈化塔
这种陈化塔卸料螺旋绞龙整体围绕陈化塔的中心轴做转动，同时自转。两种运动的综合结果，使塔底层陈化时间最长的原料首先卸出。绞龙绕中心轴旋转的速度可调，从而适应各种产量的需要。图6为塔底固定的圆形陈化塔的断面图，左半部为钢筋混凝土塔壁，右半部为钢结构塔壁。通常陈化塔的塔壁采用现浇混凝土结构。
螺旋绞龙、底盘、锥状体、绞龙传动装置、电气控制箱同推转装置（包括两个油缸）组成一个旋转椎体、它用钢板焊成。旋转椎体支撑在支承圈梁的球轴承上。圈梁浇注在塔底的混凝土内。两个推转油缸以180°相对位置连接在旋转椎体上，油缸的活塞顶端与固定在圈梁上的内齿棘轮相啮合。通过两个活塞的交替动作（类似棘轮机构的动作原理），使旋转椎体带动螺旋绞龙绕塔轴旋转。因为推转油缸间歇动作，所以旋转椎体及绞龙饶塔轴的旋转也是间歇运动。
螺旋绞龙从中心卸下泥料，它经旋转椎体内的溜槽落至圆盘给料机上。
绞龙的外轴承采用挡板式，与绞龙轴的自由端连结。卸下挡板的连接栓，即可卸下整个外轴承，便于更换绞龙的螺旋。绞龙的内轴承采用固定式。绞龙轴另一端与链传动机构相连结。靠近卸料口的最后一段的螺旋叶片，其位置同前一段的相差180°，目的是使块状物料分散成小块后卸出。
上述两种陈化塔密闭性能好，水分不易失去，陈化效果显著，较适用于干燥地区，以及对原料细度和塑性要求较高的产品。
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