專利名稱：用隧道窯生產(chǎn)青磚瓦的新方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粘土磚瓦的生產(chǎn)方法及設(shè)備，尤其涉及一種生產(chǎn)青磚瓦的方法及所用的隧道窯。
由于青磚瓦強度高，吸水率低，耐寒性能比紅磚瓦優(yōu)異，且色彩不同，使青磚瓦的市場價格較高。目前，一般都采用土窯來生產(chǎn)青磚瓦，這種土窯雖然工藝簡單、造價低，但由于不能連續(xù)生產(chǎn)，且能耗很高，污染嚴重，故不能產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)?，F(xiàn)有的青磚瓦一般制造工藝過程為碼坯→封窯→預熱→氧化焙燒→還原焙燒→熏燒→噴水冷卻→自然冷卻→出窯，其中還原焙燒、噴水冷卻是磚瓦變青的控制環(huán)節(jié)。還原焙燒及捻煙之后變青了的磚瓦，為防止磚瓦內(nèi)部粘土中的低價氧化鐵及沉積附著在磚瓦表面上的石墨化了的碳素薄膜，因重新氧化而變紅，還原焙燒及捻煙(熏燒)之后的變了青的磚瓦，必須在缺氧的氣氛中進行冷卻，達到安全溫度(300～400℃)之后，才用空氣直接冷卻至出窯溫度。而一般的隧道窯由于不能在缺氧環(huán)境下進行還原焙燒和冷卻，因而只能燒紅磚瓦。
為了低能耗、低成本、高生產(chǎn)率、大規(guī)模地生產(chǎn)青磚瓦，許多工業(yè)發(fā)達國家都嘗試用隧道窯來燒制青磚瓦，但大多未獲成功，據(jù)認為主要原因是在磚瓦變青的過程中，窯車之間不能相互隔絕的緣故。
GB1308937揭示了一種用隧道窯燒青磚瓦的方法，主要特點是在原料中滲入0.5～1.0%(重量)的錳化物;焙燒過程中加熱到950℃～1150℃，部分冷卻時(1150℃～800℃)保持還原性氣氛，這樣，即使溫度在800℃以下是氧化氣氛冷卻，磚瓦仍可在錳著色劑的作用下保持青色。這種用金屬氧化物作為著色劑的青磚工藝，與本發(fā)明的工藝具有實質(zhì)的區(qū)別，錳原料的使用也會使生產(chǎn)成本提高。
一些日本專利中，熏瓦(青瓦)的連續(xù)燒成裝置一般是經(jīng)過預熱帶(950℃)、燒成帶(950℃-1050℃)，在氧化性氣氛中把瓦坯燒結(jié)后，降溫至適合于熏燒的900℃-950℃，在此溫度下用薪材捻煙或熏燒劑(一般用丁烷氣體、液化煤氣等熏化)，熏化劑熱分解產(chǎn)生的炭素沉積在磚的表面上形成石墨化的炭素薄膜變成青瓦，然后進入冷卻帶在隔絕空氣的條件下或用自然冷卻或用水蒸氣加水急冷措施及其他方法冷卻至300℃-400℃，此后用空氣冷卻至出窯溫度。這些專利雖然解決了窯車之間隔絕的問題，但其構(gòu)造復雜，操作繁瑣，生產(chǎn)規(guī)模也較小。(參見，特開昭51-B9809，特開昭53-78214，特開昭54-11112，特開昭56-113981，特開昭58-41764等)。
本發(fā)明的目的是用現(xiàn)代化的隧道窯為高生產(chǎn)率，低成本地大規(guī)模生產(chǎn)青磚瓦提供一種方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種可大規(guī)模生產(chǎn)青磚瓦的隧道窯。
本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的在隧道窯中，使磚瓦坯經(jīng)過預熱、焙燒(燒成)、熏燒、缺氧冷卻、空氣直接冷卻過程，其中，缺氧冷卻的冷卻氣體是從預熱帶抽出經(jīng)處理的無氧循環(huán)氣體。同時，為了達到此目的，在隧道窯預熱帶正壓處與缺氧冷卻帶尾部之間設(shè)置氣體通道，使缺氧氣體能從預熱帶抽出并進入缺氧冷卻帶形成循環(huán)。另外，焙燒是在950～1100℃的溫度、還原性氣氛下燒成。
通過本發(fā)明的改進，解決了隧道窯的還原焙燒和無氧冷卻問題，同時，由于可以基本利用現(xiàn)有的隧道窯在大修期間進行本發(fā)明的技術(shù)改造，避免了上述專利中設(shè)備的復雜結(jié)構(gòu)，因而操作較方便、投資也可大為減少。由于循環(huán)氣體鼓入窯內(nèi)，使通過焙燒帶與部分預熱帶的氣體流量顯著增加，能均勻燒成碼得較密的磚瓦垛，窯車推進速度也可加快，所以生產(chǎn)率可大大提高;如果不對循環(huán)氣體進行脫氧處理，仍可以用本發(fā)明的隧道窯工藝來生產(chǎn)紅磚瓦，這樣，對于同一隧道窯來說，便可以根據(jù)市場訂貨要求，在一段時間內(nèi)生產(chǎn)青磚瓦，在另一段時間內(nèi)生產(chǎn)紅磚瓦，經(jīng)濟效益因而也可得到提高。
本發(fā)明的特點是在約950℃-1100℃的溫度下，在還原性氣氛中焙燒，使粘土中的紅色高鐵氧化物Fe2O3被還原成青色的低鐵氧化物(FeO)，這樣使磚瓦內(nèi)部斷面也變青，產(chǎn)品強度較高，同時在900℃-950℃捻煙，(即用燃料在過量空氣系數(shù)0.6-0.7下燃燒產(chǎn)生半煤氣)使氣體中的CO與H2反應(yīng)產(chǎn)生炭素沉積在磚表面上形成石墨化的炭素薄膜，隨后在缺氧的氣氛中冷卻至300℃-400℃，然后用空氣直接冷卻至出窯溫度約100℃。該過程中，在熏燒捻煙后至300℃-400℃的缺氧氣氛的冷卻方法是獨特的。此方法是從預熱帶正壓處，抽出平均溫度約600℃的過量空氣系數(shù)約為1.1-1.2的廢氣，通過脫氧處理及溫度調(diào)節(jié)裝置，把廢氣變成300℃-400℃的循環(huán)氣體，往缺氧冷卻帶與空氣直接冷卻帶的交界處鼓入，以加快安全冷卻。
本發(fā)明用隧道窯生產(chǎn)青磚瓦的工藝示意圖參見圖4。
從預熱帶正壓處抽出平均溫度約600℃的廢氣，用油或氣體等廉價燃料把循環(huán)氣體中的氧氣點火燃盡變成缺氧氣體，然后向氣體中注入水使其化成水蒸氣，把溫度降至約300℃。這種降溫方法可使窯體和磚瓦不受傷害，且設(shè)備簡單，成本低。這些氣體大部分注入無氧冷卻帶以冷卻磚瓦，小部份在無氧冷卻帶與空氣直接冷卻帶之間形成一隔絕氣幕。
從窯尾鼓入的冷空氣冷卻磚瓦之后，溫度升至約300℃，抽出供燒成帶焙燒裝置燃燒。
為了防止空氣直接冷卻帶的空氣混入缺氧冷卻帶，在此兩帶交界處設(shè)置與窯兩端的窯門同步升降的窯門。在窯門打開窯車前進的時候，上述的隔絕氣幕起到防止空氣混入缺氧冷卻帶的作用。
通常焙燒溫度為約1000℃的隧道窯內(nèi)，燃燒氣體的實際流動速度大約為4-5m/s左右，若因循環(huán)氣體大量加入流動，則可大大增加焙燒帶燃燒氣體的流速，例如窯內(nèi)氣體量增為通常的2-3倍時，其實際流速甚至可增加至約10-15m/s，這將使窯內(nèi)充滿加熱用燃燒氣體，密碼的磚瓦垛中的小空隙(一般小于10mm)也能高速地被穿透而得到均勻的加快加熱。
對敏感性原料，若是用水霧化成水蒸氣加速冷卻，也許會有產(chǎn)生裂紋等的危險，但是對400℃的磚，由300℃的缺氧氣體冷卻則因溫度接近是安全的。本發(fā)明中，由于經(jīng)過無氧冷卻和燒成帶及部分預熱帶的氣體量增大，密碼的磚瓦垛燒成可完善，局部過燒減少，冷卻速度加快。這種工藝的隧道窯對敏感性原料可增產(chǎn)30%以上，從而降低能耗;對于新設(shè)計的隧道窯，可相應(yīng)縮短其長度，從而節(jié)約投資。
通常窯爐用普通方法裝窯的磚瓦垛，磚瓦與磚瓦的距離一般為120mm-30mm之間，需要卸裝后另行密碼才能直接運走。由于本發(fā)明窯內(nèi)氣體流量加倍地增加，使密碼的磚瓦垛(磚瓦與磚瓦的距離可縮短至10mm左右)也能均勻燒成，從而可以直接運走，這為實現(xiàn)隧道窯的機械化碼磚與卸磚和進一步提高產(chǎn)量是有利的。
對本技術(shù)領(lǐng)域的人員，根據(jù)隧道窯的產(chǎn)量，焙燒溫度、工況、原料條件、工藝要求等具體情況來設(shè)計計算各部分氣體的準確用量是不困難的。
本發(fā)明的隧道窯工藝適合于大規(guī)模生產(chǎn)青磚瓦，不僅可以把現(xiàn)行大規(guī)模生產(chǎn)紅磚瓦的隧道窯加以改造成生產(chǎn)青磚瓦的隧道窯，也可以設(shè)計適合于大規(guī)模生產(chǎn)青瓦的隧道爐。但是這種窯的窯室的特點是寬度大一些，高度低一些。


圖1為本發(fā)明隧道窯的縱斷面概圖;
圖2為本發(fā)明隧道窯的氣體流量變化圖，以燒成帶與預熱帶交界處的通常流量為100%來表示;
圖3為本發(fā)明隧道窯的燒成曲線示意圖。
圖4為本發(fā)明的工藝流程圖。
附圖中A預熱帶;B燒成帶;C熏化帶;D缺氧冷卻帶;E空氣直接冷卻帶;1，2，3升降窯門;4循環(huán)氣體抽出孔;5循環(huán)風機;6循環(huán)氣體通道;7循環(huán)氣體鼓入孔;8氣幕風機;9氣幕裝置。
下面結(jié)合附圖通過本發(fā)明的實施例來進一步闡述本發(fā)明。
使用粘土中摻入適量低熱值工業(yè)廢料(粉煤灰或煤矸石細粉等)的內(nèi)燃磚坯，用窯車裝入窯內(nèi)，燒成帶最高燒成溫度為1050℃。首先使隧道窯按生產(chǎn)紅磚瓦的工藝(即預熱帶A、燒成帶B、熏化帶C、缺氧冷卻帶D、空氣直接冷卻帶E等各帶均為氧化氣氛)進行運轉(zhuǎn)，生產(chǎn)出合格的紅磚瓦。此時，缺氧冷卻帶D與空氣直接冷卻帶E交接處的窯門2單獨升高，維持停止狀態(tài)，空氣直接冷卻帶的鼓入空氣全部換熱成高溫空氣進入燒成帶作為二次空氣，且爐內(nèi)壓力曲線的零壓點位于燒成帶中間。第二步將燒成帶的氣氛逐步調(diào)整為還原性，仍生產(chǎn)出合格的紅磚瓦。第三步將爐內(nèi)壓力曲線的零壓點通過隧道窯排煙機(圖中未示出)調(diào)整使排煙量減少，使零壓點往預熱帶A前移至循環(huán)氣體抽出孔4的前方，使循環(huán)氣體抽出孔處于微正壓狀態(tài)，然后開動位于缺氧冷卻帶D尾部的循環(huán)風機5，使循環(huán)氣體沿著設(shè)于窯墻兩側(cè)的循環(huán)氣體通道6開始循環(huán)流動，并鼓進循環(huán)氣體鼓入孔7，進入缺氧冷卻帶D;同時把窯門2降下來，使其能同窯門1與窯門3同步運轉(zhuǎn);并且開動空氣直接冷卻帶的抽風機(圖中未示出)將空氣冷卻帶用于冷卻磚瓦而換熱成約300℃熱空氣全部抽出，利用于燒成帶焙燒裝置供燃燒之用。循環(huán)氣體抽出孔4設(shè)置于預熱帶鄰接燒成帶處，窯墻兩側(cè)各有三孔，其中第一孔的抽出溫度約700℃，第二孔約600℃，第三孔約500℃，平均溫度約600℃，過量空氣系數(shù)α約1.1。然后逐步調(diào)整循環(huán)氣體流量為燒成帶與預熱帶交接處在通常狀況下的2倍，根據(jù)抽出的循環(huán)氣體中含有的氧氣量與氣體流量(用儀表實際檢測與控制)用脫氧裝置將適量燃料油注入，使循環(huán)氣體中的氧氣燃盡，變成無氧氣體。此循環(huán)無氧氣體在鼓入缺氧冷卻帶的循環(huán)氣體鼓入孔7之前，把適量水用降溫裝置滴入循環(huán)氣體通道6中，水霧化成水蒸氣使缺氧氣體降溫至約300℃，用循環(huán)風機5鼓進缺氧冷卻帶的循環(huán)氣體鼓入孔7;然后開動氣幕風機8，通過氣幕裝置9形成隔絕氣幕，使升降門2打開進行推車時能防止空氣侵入缺氧冷卻帶。然后又把燒成帶鄰接于缺氧冷卻帶D的第一個焙燒裝置的過量空氣系數(shù)α調(diào)整為0.6～0.7，使其產(chǎn)生半煤氣，即可形成熏化(捻煙)氣體。由此隧道窯便可按生產(chǎn)青磚瓦的工藝開始運轉(zhuǎn)。由于循環(huán)無氧氣體中含有水蒸氣進入熏化帶，對熏化階段在磚瓦表面上形成石墨化的炭素薄膜是有益的。由于循環(huán)無氧氣體中含有相當數(shù)量的CO2氣體，也可以抑制磚瓦表層的低價氣化鐵FeO與氫H2反應(yīng)(反應(yīng)式如下)，形成金屬鐵Fe，避免磚瓦表面在雨淋之后產(chǎn)生銹斑現(xiàn)象。
當此缺氧氣體在變青了的磚瓦從約850℃冷卻至約400℃的冷卻過程中，由約300℃換熱成為約600℃的高溫氣體把大量熱量帶進熏化帶與燒成帶同磚瓦加強熱交換，又成為降低能耗的一個主要因素。當抽出的循環(huán)缺氧氣體流量為燒成帶與預熱帶交界處通常流量的2倍時，燒成帶氣體流量為通常流量的3倍，在1050℃溫度下其實際流速為約13M/S，使密碼的磚瓦垛也得到均勻地加快加熱，無局部過燒情況。由于燒成與冷卻速度加快，平均燒成周期約28小時。在此實施例中，循環(huán)風機5選用高溫風機，最高工作溫度600℃，風壓為280mmH2o柱(2740Pa);氣幕風機選用高壓風機，風壓為511mmH2o柱(5010Pa)。
權(quán)利要求
1.一種用隧道窯來生產(chǎn)青磚瓦的方法，經(jīng)過預熱、焙燒、熏燒、缺氧冷卻、空氣直接冷卻過程，其特征在于缺氧冷卻的冷卻氣體是從預熱帶抽出并經(jīng)處理的無氧循環(huán)氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)青磚瓦的方法，其特征在于焙燒是在950℃～1100℃溫度的還原性氣氛下進行。
3.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)青磚瓦的方法，其特征在于從預熱帶抽出的循環(huán)氣體是經(jīng)過脫氧處理的。
4.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)青磚瓦的方法，其特征在于經(jīng)脫氧的氣體是用水霧化成水蒸汽來降溫至300℃左右再鼓入隧道窯中的。
5.如權(quán)利要求1或4所述的生產(chǎn)青磚瓦的方法，其特征在于無氧冷卻氣體是從無氧冷卻帶與空氣直接冷卻帶的交界處鼓入的。
6.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)青磚瓦的方法，其特征在于在隧道窯的缺氧冷卻帶與空氣直接冷卻帶的交界處設(shè)置一窯門。
7.如權(quán)利要求1或6所述的生產(chǎn)青磚瓦的方法，其特征在于在隧道窯的缺氧冷卻帶與空氣直接冷卻帶的交界處鼓進無氧氣體，以形成隔絕氣幕。
8.一種用來生產(chǎn)青磚瓦的隧道窯，其特征在于在預熱帶正壓處與缺氧冷卻帶尾部之間設(shè)置氣體通道，使缺氧氣體能從預熱帶用循環(huán)風機抽出進入缺氧冷卻帶而進行循環(huán)。
9.如權(quán)利要求8所述的生產(chǎn)青磚瓦的隧道窯，其特征在于在隧道窯的缺氧冷卻帶與空氣直接冷卻帶的交界處設(shè)置一窯門。
10.如權(quán)利要求8或9所述的生產(chǎn)青磚瓦的隧道窯，其特征在于在隧道窯的缺氧冷卻帶與空氣直接冷卻帶的交界處設(shè)置風機和管道，以形成無氧氣體隔絕氣幕。
全文摘要
一種用現(xiàn)代化的隧道窯來生產(chǎn)青磚瓦的方法，其過程主要為預熱—還原焙燒—熏燒—缺氧冷卻—空氣直接冷卻，其缺氧冷卻氣體是用從隧道窯預熱帶抽出的氣體經(jīng)脫氧、降溫得到的。該方法具有設(shè)備先進，操作便于實現(xiàn)機械化、自動化、生產(chǎn)率高、能耗低等優(yōu)點。
文檔編號F27B9/12GK1101026SQ93109410
公開日1995年4月5日 申請日期1993年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月31日
發(fā)明者楊兆安 申請人:楊兆安