對于不同的原料,燒成速度是有差異的。有的原料含有較多的礦化劑成分,易使各主要組分之間的礦化反應快速的完成,使制品很快燒結,形成堅固礦化物,達到燒成的目的。而有些原料,由于其中含有的礦化劑成分較少,很難使主要成分間的礦化反應進行,需要充分的創(chuàng)造燒成條件,才能使坯體中的化學反應、物理變化、物理化學變化、礦化學變化得以順利的進行。
對于生產廠家來說,由于其使用的原料基本固定,原料的物理性能、化學性能穩(wěn)定,不會出現(xiàn)大的變化。窯的燒成速度、燒成溫度與原料燒成溫度范圍吻合時,就能生產出高質量的符合國標要求的制品,如果某一條件達不到原料對燒成的要求,就會出現(xiàn)次品磚或等外品磚;蛘呤侵破焚|量仍能滿足國標要求,但造成燒成速度很低,產量小、煤耗高,生產成本大大增加。
所以,可以這樣說,影響窯爐燒成速度的因素是很多的,對于不同的原料,不同的窯爐,其影響因素也不相同。
1、原料對燒成速度的影響
原料燒成過程中含有許多變化,如物理變化、化學變化、物理化學變化、礦化學變化、晶型轉化等,其中的很多變化是很復雜的,是需要花大力氣去研究,認為燒成過程很簡單,采取輕視生產困難的態(tài)度是萬萬要不得的,生產出燒結磚簡單,但是生產高質量的制品比較困難,這是大家共同的認識。
雖然生產燒結磚對原料的要求不是太嚴格,只要原料的化學組成在某一個范圍內就可以了。但正是對原料組成要求的不嚴格,造成了生產中各種問題的出現(xiàn),尤其對燒成增加了許多困難,制磚時要求原料中SiO2的含量為55%—70%,Al2o3的含量為15%~20%,F(xiàn)e203的含量為4%-10%,CaO含量<10%,MgO含量3<%,SO3含量越小越好,K+、Na+等低熔點含量要適量。
對于生產廠家的原料來說,如果主要成分在制磚要求含量的范圍以內,則會使生產較順利地進行,如果某種成分超出了原料的要求范圍,就要對燒成過程進行相應的調整。如原料中大顆粒SiO2含量多時,一方面將增加制品的耐火度,提高制品的燒成溫度,干燥收縮小、干燥敏感性低起到瘠化劑的作用。另一方面,由于SiO2在燒成過程中要進行晶型轉換,使其體積發(fā)生變化,如果控制不好,會造成制品缺陷,降低制品的力學強度,特別是抗折強度?墒切☆w粒的SiO2:易于熔融,使制品結構均勻、密實,當原料中SiO2含量大于75%時,對制品的燒成過程是不利的。如果含量超過80%,燒成后制品的體積不但不收縮,反而發(fā)生膨脹,使抗折強度大大降低。與此相反,當原料中SiO2含量小于50%時,則制品抗凍性能很差。同時,SiO2含量高低,也是影響窯爐燒成速度的主要因素。
雖然Al2O3是耐火度很高的氧化物,它是磚瓦產品中必不可少的組分,它賦予制品一定的力學強度。當原料中Al2O3,,的含量小于10%時,燒成制品的力學強度較低,提高原料中Al2O3的含量,可使制品的力學強度增加,但燒成溫度也將隨之升高,燃料消耗量增大,也會影響到窯爐的燒成速度。
原料中的Fe203,在燒成過程中起到幾方面的作用:①它是一種著色劑,能使制品顏色發(fā)生變化,當窯內為氧化氣氛時,鐵是以高價形式存在,制品呈紅色,當窯內為還原性氣氛時,鐵是以低價形式存在的,制品呈黑色或青藍色;②大顆粒的鐵氧化物在制品燒成中會出現(xiàn)褐色或黑色斑點。Fe203在燒成過程這幾方面的作用,表明Fe203對制品在窯爐中的燒成速度具有一定的影響。
原料中的CaO雖然是一種助熔劑,但它不利于制品燒成,表現(xiàn)在:①含量過高時會縮小原料的燒成溫度范圍,給燒成帶來困難;②會與含鐵的礦物化合,使制品的紅色得到漂白,而變?yōu)辄S色或者淺黃色;③大顆粒的CaO存在于燒成后的制品中,會產生石灰“爆裂”,影響制品強度,甚至使制品失去使用功能。所以,原料中CaO含量越低越好,如果含量高,則應將其破碎551mm以下。燒成時,應適當提高燒成溫度,讓CaO與其他組分充分結合,達到“死”燒的目的。這也充分說明了其對窯爐燒成速度的影響。
原料中的Sio2顆料較大、含量較高時,應適當提高燒成溫度,當原料中SiO2顆粒較小、含量較低時,可適當降低燒成溫度。根據原料中Al2o3與其他組分的結合,提供必要的充分的燒成條件,當原料中Al2O3含量較高時,采用較高的燒成溫度,當Al2O3含量較低時,采用適宜的燒成溫度,按照CaO含量的多少,制定制品的燒成溫度范圍。當CaO含量高時,燒成溫度范圍要小一些,應注意燒成溫度的被動范圍不要太大,否則會出現(xiàn)欠火磚或者過火磚。
所以,只有當對生產所用的原料有了全面、準確的認識后,就可根據各組分含量的多少,對窯爐燒成速度才有準確的認識?筛鶕iO2晶型轉化、發(fā)生體積膨脹的規(guī)律,控制窯爐燒成的升溫速度和冷卻的降溫速度。
2、燒成過程的變化對燒成速度的溫度
干坯人窯水分的高低,也是影響燒成速度的重要環(huán)節(jié),坯體中的水分在燒成過程中是要被排出窯外的,坯體中含水率的變化會影響窯內預熱速度的變化,當坯體中含水率高時,預熱就必須在一定的速度下進行,不能太快,太快就會導致坯體開裂。同時,坯體中殘余含水率高時,也會增加預熱熱耗,提高了窯燒成的能耗。所以,為了提高窯爐的燒成產量,在干坯進窯時,要準確掌握坯體的含水率,以便于控制預熱速度,進窯坯體的殘余含水率不應超過6%,而且含水率越低越好。
坯體在燒成時,依次經過預熱、燒成、冷卻這三個階段,燒成速度的快慢是受這三個階段‘陜慢的影響。
①在預熱階段,坯體先要吸收大量的熱量,用于排出其中的干燥殘余含水量,坯體吸收熱量越多,排出的水量越大,排水速度越快。在這一階段,由于坯體的干燥收縮已經停止,排水再快,也不會使坯體產生開裂。所以,可以加快排水速度,采用較快的升溫速度。其次,坯體吸收的熱量用于本身的加熱,使自身的溫度逐步升高,慢慢地接近燒成溫度。在這一升溫過程中,由于有SiO2的晶型轉化,必須給原料中SiO2組分晶型轉化一定的時間,故在180℃~270℃、573℃、870℃、1000℃時,應嚴格控制升溫速度,使晶型轉化在乎隱的過程中進行,特別是在180~170℃、870℃、1000℃時,晶型轉化的體積膨脹率分別為2.8%、16%、15%,控制不好時,很容易使坯體產生開裂。在其他溫度區(qū)間,可以快速升溫,而不會影響制品質量。因此,只要注意控制幾個溫度點的升溫速度,而加快其余溫度段的升溫速度。
這是影響坯體在窯爐中燒成速度的第一個因素。
②燒成階段是坯體中各化學組分在高溫下進行激烈的化學反應、礦化學反應、物理化學反應的過程,從600℃開始、各礦物成分間的反應就比較激烈地進行了。在600℃,MgO+Fe203=MgFe204。生成鎂鐵礦;在700℃反應,F(xiàn)e2o3+Sio2→FeO•Si03生成鐵橄欖石;在740℃反應,Na2O+Al2o3+Sio2→Na2o•Al2o3•Sio2生成共熔化合物;在800℃反應,Al2o3+Fe2o3→Fe2o3•Al2o3發(fā)生反應生成混晶;在900℃下,K20+Fe20+Sio2→K20•Fe2o3io2反應生成共熔化合物。各種反應在進行中需要大量的能量,所以,必須有充分的熱能作保證。這時窯爐燒成速度的控制以保證各種化學反應完全進行,生成堅固的共熔物作為控制速度快慢的依據。如果窯爐燒成速度太快,其中的變化沒有完全進行,則坯體強度就會較低,質量不符合國家標準要求。如果窯爐燒成速度太慢,雖然燒成的制品強度高、質優(yōu),但產量太低,能耗高,企業(yè)沒有效益,也就達不到燒成的目的。只有盡量的為各組分及時地提供反應所需的條件,達到快速、完全的反應,這是影響坯體在窯爐中燒成速度的第二個因素。
③冷卻階段是燒成過程的最后一個階段,它的速度控制的成功與否,不但關系到窯爐燒成速度的快慢,也關系到產品的質量。經過高溫燒成的坯體,里面有許多高溫共熔物,在冷卻階段的逐步冷卸過程中,熔融物重新結晶變成堅硬如石的新物質。由于磚體中含有未參與反應的游離的SiO2,故在制品冷卻過程中,SiO2的品型轉化帶來的體積變化仍然是控制窯爐燒成速度必須考慮的問題。在晶型轉化的溫度區(qū)間和溫度點,應嚴格控制降溫速度,以消除晶型轉化產生體積變化對制品的影響,其他溫度區(qū)間實行快速冷卻的方法,加快制品的冷卻速度,為快速燒成打下堅實的基礎,這就是影響坯全在窯爐中燒成速度的第三個因索。
通過以上分析,可以肯定地說,只要抓住了窯爐燒成過程中預熱、燒成、冷卻這三階段燒成速度的問題,就能很好地實現(xiàn)窯爐燒成速度的控制。3、隧道窯燒成速度的控制
在隧道窯的操作中,主要控制的就是三個方面的工作:一是控制窯內的通風量,包括冷卻帶的冷卻風量,燒成帶的通風量,預熱帶的通風量及排煙量。二是控制好窯內溫度,包括燒成帶的最高溫度,預熱帶、冷卻帶各點的溫度。三是控制好進車速度。
控制了窯內的通風量大小,就是控制了預熱帶的升溫速度、冷卻帶的降溫速度
及維持了燒成帶的溫度。制品的燒成過程實際上一個坯體與氣體之間的熱交換過程,在預熱帶,熱氣體將熱量傳遞給坯體,自身溫度下降,而坯體被加熱,溫度升高,窯內通風量越大,流速越高,綜合換熱系數(shù)越大,單位時間換熱量越多,坯體升溫越快,反之,則坯體升溫速度變慢。在冷卻帶高溫制品與進入窯內的冷空氣相遇,制品將熱量傳遞給氣體,制品被冷卻,而冷空氣吸收制品傳遞的熱量后,自身被加熱,溫度不斷上升,窯內通風量越大,制品傳遞給空氣的熱量越多,制品被冷卻的速度越快。在燒成帶,燃料與空氣中的氧結合后,發(fā)生氧化反應,并放出大量的熱量。供氧量愈充足,燃料燃燒愈快,但燃料燃燒放出的熱量要維持燒成帶的高溫,仍然需要控制通過燒成帶的風量,如果風量太大,就會將熱量全部或大部分帶往預熱帶,而對穩(wěn)定燒成帶溫度沒有意義。如果風量太小,則燃料燃燒不完全,熱量不夠,而使溫度達不到燒成溫度或者是燒成帶熱量過剩,不能及時排走,而導致燒成帶溫度急劇上升。所以?刂茻蓭У耐L量時,要注意熱量平衡,讓燃料燃燒存余在燒成帶的熱量與維護燒成溫度所需的熱量相等,這時的通風量,就是窯爐內燒成帶所需要達到的風量。
控制窯內溫度就是要控制各溫度控制點的溫度及各溫度控制區(qū)間的溫度,讓預熱帶的坯體在加熱過程中不至于由于Sio2的晶型轉化而產生升溫裂紋。冷卻帶的制品不會因為冷卻速度太快,降溫過急而引起SiO2體積發(fā)生較大變化,產生冷卻裂紋。燒成帶溫度控制的要點,就是要保持燒成帶的溫度始終處于原料燒成溫度范圍內,使制品中的化學反應一直具有強勁的反應動力。窯內溫度與通風量是有密切關系的,通過調整通風量,可以控制窯內溫度,通過窯內溫度的高低,可以反應通風量是否適合。
控制進車速度是穩(wěn)定隧道窯各帶位置的重要手段,通過進車速度快慢的調節(jié),可以使三帶始終處于均衡平衡的應用狀態(tài)。如果燒成帶后移,那么可以通過減慢進車速度的方法,使燒成帶向前移,如果燒成帶前移,則應加‘陜進車速度,使燒成帶向后移動,回到它應該處于的位置。在用進車速度控制燒成速度的過程中,應根據窯內溫度,配以適當?shù)娘L量調節(jié)手段,這樣就能達到控制窯爐燒成速度的目的。
4、輪窯燒成速度的控制
輪窯燒成速度的控制,在原理上與隧道窯一點差別都沒有,不同的是兩種燒成設備的形式相差較大,一種是被燒物體不動,燒成曲線在隨時移動、而另一種則是被燒物體在移動,而燒成曲線始終處于同一位置不發(fā)生移動。表現(xiàn)在控制方面的就是要采取不同的操作手段。在輪窯的燒成速度控制中,就是要控制好提閘進度、提閘高度和數(shù)量、紙擋處理的速度和方式,冷卻帶打門的速度和方式。
控制提閘進度就能控制燒成曲線向前移動的進度,當提閘進度快時,預熱帶向前移動快,帶動燒成帶和冷卻帶電快速地向前移動。當提閘進度慢時,預熱帶向前移動緩慢,致使燒成帶和冷卻帶向前移動的速度也緩慢,從而影響燒成曲線向前移動。
控制提閘高度和數(shù)量,就是控制窯內通風量劃、,當提閘高度高、提閘數(shù)量多時,窯內通風量就大。當提閘高度低,提閘數(shù)量少時,窯內通風量就小。提閘高度和數(shù)量多少,要根據原料燒成性能確定。
紙擋處理的速度要與提閘相配合才能達到處理的目的,只提閘不處理紙擋,等于沒有提閘,沒有明確的控制目的。紙擋處理宜采用提紙擋的處理方法。如果采用燃紙擋或自然紙擋的方法,同樣達不到處理紙擋的目的。冷卻帶打窯門速度的快慢也決定了窯燒成速度的快慢,以及燒成曲線向前移動的快慢。窯門多打或大開度增大時,窯冷卻帶進風量也增大,冷卻速度快,反之,則冷卻速度慢,燒成速度也慢。
總之,原料的各種性能、正確的控制方法,是影響窯爐燒成速度的主要因素,只要熟悉掌握了原料的各種性能,采用正確的控制方法,就能順利地進行窯爐燒成速度的控制。