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鏈板式二次碼燒快速干燥設(shè)備的研發(fā)制造
鏈板式二次碼燒快速干燥設(shè)備的研發(fā)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(shè)計院， 陜西 咸陽 712021
摘要：根據(jù)燒結(jié)墻體材料制品行業(yè)內(nèi)燃或超內(nèi)燃一次碼燒工藝產(chǎn)品存在的條面“壓花”、“黑心”壓裂變形等質(zhì)量缺陷，陜西寶深機械(集團) 研發(fā)制造了鏈板式二次碼燒快速干燥設(shè)備，具有造價低、產(chǎn)量高、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量上臺階、環(huán)境污染易達(dá)標(biāo)等特點，并已獲得國家專利。這種干燥形式和鏈板式傳送結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)尚屬首創(chuàng)，為行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提升帶來福音。
關(guān)鍵詞：墻材燒結(jié);鏈板式干燥;二次碼燒;產(chǎn)品質(zhì)量
工業(yè)和信息化部、環(huán)境保護部和國家安全監(jiān)管總局于2017年11月11日以工信部聯(lián)原[2017]279號發(fā)文，《關(guān)于加快燒結(jié)磚瓦行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的若干意見》。這一重要文件的發(fā)布，對于指導(dǎo)磚瓦行業(yè)大力發(fā)展先進產(chǎn)品，堅決淘汰落后產(chǎn)能，推進綠色制造，促進節(jié)能減排，推動國廢利用，提高質(zhì)量安全等方面起到了指導(dǎo)和引領(lǐng)作用，也為未來燒結(jié)墻體材料生產(chǎn)和裝備的發(fā)展指明了方向。為了適應(yīng)“磚瓦產(chǎn)品向高摻量、高孔洞率、高強度、多功能和自裝飾等方向發(fā)展”，促進固體廢渣資源化利用，改善生態(tài)環(huán)境和減少大氣污染排放，針對一次碼燒工藝存在的眾多質(zhì)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(shè)計開發(fā)了與一次碼燒工藝造價基本相等的二次碼燒設(shè)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(chǎn)。經(jīng)過半年調(diào)試運轉(zhuǎn)，超過了預(yù)期結(jié)果。實現(xiàn)了磚瓦企業(yè)投資一次碼燒資金，建成了二次碼燒生產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)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(fā)明專利。這一研發(fā)設(shè)計成果，必將成為未來行業(yè)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(shù)參數(shù)
根據(jù)半年多的實際運轉(zhuǎn)，干燥器實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(biāo)磚后重量低于實心磚，干燥器承受拉力重量沒有問題。設(shè)計按300t考慮，安全系數(shù)較大。
1.2、生產(chǎn)量：承重多孔磚孔洞率在21.6%時(19個Ф20mm孔)日生產(chǎn)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(chǎn)量折標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(fēng)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(fēng)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(shù)優(yōu)勢
2.1節(jié)能降耗優(yōu)勢：根據(jù)生產(chǎn)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(jié)煤4.16t。年節(jié)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(jié)約能耗成本60萬元以上(按標(biāo)煤每噸500元)。
2.2、固廢利用優(yōu)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(zhèn)污泥、建筑基礎(chǔ)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(yīng)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(yōu)勢：寶深集團研發(fā)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(nèi)，潔凈熱空氣從下至上穿過坯體，并設(shè)有多道循環(huán)風(fēng)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(yīng)力裂紋。干燥器根據(jù)成型含水平及原料變化情況，隨時改變鏈板轉(zhuǎn)速，調(diào)整干燥周期，確保干燥合格率幾乎100%。
2.4、產(chǎn)品提升優(yōu)勢：隨著國家禁粘、禁實政策力度進
一步加大，寶深集團研發(fā)制造的干燥器，更適應(yīng)有節(jié)能保溫性能要求的空心磚和空心砌塊的生產(chǎn)。生產(chǎn)具有裝飾功能的墻磚，可以做到條面無“壓花”，滿生產(chǎn)砌筑清水墻要求。無論轉(zhuǎn)化產(chǎn)品規(guī)格型號，適應(yīng)市場需求，干燥器技術(shù)參數(shù)調(diào)整范圍較大，適應(yīng)范圍較寬，為企業(yè)未來發(fā)展高質(zhì)量的多品種、多規(guī)格產(chǎn)品打下了基礎(chǔ)。
2.5、廢汽排放優(yōu)勢：磚瓦工業(yè)大氣污染排放，煙塵顆粒物等指標(biāo)受氧含量折算和排潮風(fēng)量的影響較大。寶深集團研發(fā)的干燥器，熱風(fēng)交換充分，氧含量在18%左右。日產(chǎn)20萬多孔磚，排潮風(fēng)量在10m3／h以下。如果按照蒸發(fā)1kg水需要40m3風(fēng)量取值，則需風(fēng)量30萬m3以上。而新型干燥器按照日生產(chǎn)20萬快240×115×90mm多孔磚(孔洞率21.6%)計算，排潮風(fēng)量在10m3／h以下，僅為傳統(tǒng)排潮風(fēng)量的1／3左右。不但節(jié)電，而且有利于污染物排放折算后達(dá)標(biāo)。由于送余熱熱風(fēng)溫度高，有利于風(fēng)量降低，這與理論計算也是相符合的。
2.6、燒成操作優(yōu)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(wěn)定性。半年多生產(chǎn)以來，未發(fā)生隧道窯塌垛倒坯現(xiàn)象。并消除或減輕了條面壓花和黑心及收縮應(yīng)力裂紋。從碼窯層數(shù)講，只要燒成溫度范圍允許，碼窯層數(shù)18層以上沒有問題。碼坯量增加，隧道窯長度可適當(dāng)縮短。
2.7、施工安裝優(yōu)勢：工廠化制做，工期短，質(zhì)量好，避免了隧道干燥室濕法施工。新型干燥器，現(xiàn)場施工、安裝，調(diào)試，建設(shè)周期短，實現(xiàn)早日投產(chǎn)。
3.8、設(shè)計調(diào)整優(yōu)勢：針對不同原料和不同產(chǎn)品，可調(diào)整
干燥器長度;針對產(chǎn)品規(guī)格尺寸大小，可調(diào)整干燥器內(nèi)空間高度;針對產(chǎn)品孔洞率高低，可調(diào)整鏈板速度，改變干燥周期。規(guī)格小、且孔洞率低或?qū)嵭拇u產(chǎn)品，在有效的干燥器內(nèi)實現(xiàn)1～3層碼放，以提高產(chǎn)量。針對送風(fēng)溫度和壓力，可調(diào)節(jié)進風(fēng)位置和熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。寶深干燥器設(shè)有溫度、壓力、濕度、風(fēng)速傳感器，實現(xiàn)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(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)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(chǎn)20萬塊，4.6～4.8m隧道窯。對傳統(tǒng)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(shè)備，也不含脫硫除塵、配電及自動化設(shè)備、道路硬化等造價。
3.1、傳統(tǒng)一次碼燒工藝：該工藝在現(xiàn)有磚廠占主導(dǎo)位置，其造價：①隧道干燥室一條(按90m計算)，包括土建、基礎(chǔ)、風(fēng)機、頂車機、出口拉引機、軌道、軌道基礎(chǔ)、軌道安裝，3道干燥門、送風(fēng)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(chǔ)、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(chǔ)、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(zhuǎn)碼坯機系統(tǒng)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(chǔ)、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(xiàn)有二次碼燒估算：①碼坯系統(tǒng)：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(tǒng)等，估算價445萬元;②干燥設(shè)備：包括90臺旋風(fēng)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(chǔ)、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(tǒng)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(xiàn)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(chǎn)品質(zhì)量上檔次，而且價格優(yōu)勢突出，市場前景看好，是磚瓦企業(yè)新建和改造首選方案之一。
4、結(jié)論
鏈板式二次碼燒快速干燥窯，處于國際領(lǐng)先，國內(nèi)首創(chuàng)，填補了行業(yè)干燥設(shè)備空白。比傳統(tǒng)干燥室 結(jié)構(gòu)簡單、施工便捷、經(jīng)濟實用、節(jié)能高效、干燥均勻，沒有廢品，可滿足空心磚，燒結(jié)保溫砌塊及裝飾清水墻燒結(jié)磚生產(chǎn)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(tǒng)造價低1200萬元以上。投資一次碼燒的資金,實現(xiàn)二次碼燒，工藝流程簡單高效。必將為我國制磚行業(yè)眾多企業(yè)帶來實實在在的效益和產(chǎn)品質(zhì)量的大幅提升。