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幹燥常見問題分析及解決措施 發布人:1光棍电影窯爐  發布日期:2016-6-1  信息狀態:普通信息


幹燥常見問題分析及解決措施


湛軒業

1、裂紋形成原因分析

     為了更清楚地對磚坯裂紋進行判斷分析,首先必須對磚坯上產生的裂紋類別、原因要做出正確的判斷。關於磚坯的裂紋或是成品磚的破裂,在很多地方新建的“一次碼燒”生產線中時有發現。誠然,磚坯出現裂紋的原因眾多,但是以筆者看到的實際情況分析,最多的是以下三個方麵原因所引起的,一是原材料選用或處理不當;二是幹燥製度不合理或幹燥室結構不合理;第三,也是最主要的原因——擠出成型設備的問題。

1.1擠出設備不合理引發的裂紋

     凡是設備原因造成的裂紋,都是有規律的裂紋,如在每個磚坯的某個部位形成了有規律的、相似的裂紋。出現這種狀況,就必須在設備上找原因;而由於原材料的幹燥性能不好以及幹燥製度不合理引發的裂紋多沒有這種規律性。根據經驗來看,大多數廠家的坯體幹燥裂紋,都不是由於幹燥製度或幹燥室結構造成的,80%以上的廠家坯體在幹燥過程中產生的裂紋,問題都出在設備上。由於擠出設備引發的坯體存在內應力的情況,在幹燥前不容易被發現,在幹燥或焙燒之後才能觀察到,往往被認為是幹燥(焙燒)過程有問題。一些磚廠在投產以後,坯體的裂紋問題一直解決不了。請這個專家來了,說設計上有問題,要這樣改,那個專家來了,說要那樣改,改來改去,問題還是沒能徹底解決。首先需要弄清楚誘發裂紋產生的原因,方能對症下藥。

      當然,由於擠出設備性能與結構不合理造成的裂紋還有很多種,如擠出機的轉速問題。在河南某地使用的黏土可塑性指數較高,幹燥收縮較大。但是加入煤矸石改性之後,其幹燥收縮值還是在可接受的範圍內。究其原因,依然是擠出設備的問題。眾所周知,現代擠出機在擠出泥缸直徑在不斷地增大,其螺旋絞刀的螺距也在增大。但是螺距增大之後,其螺旋絞刀的轉速應相應地降低。該廠使用的擠出機泥缸直徑為500mm,但是其主軸轉速竟然達到了近50r.p.m;為了提高擠出泥條速度,也將螺旋絞刀頭的副葉割小得僅剩不到150mm寬。擠出機機頭處發熱嚴重,已經危及到了磚坯的質量。當更換新的螺旋絞刀(也是不合理的)後,裂紋的位置和形式就改變了。照片中的裂紋磚或磚坯,其裂紋都有一定的規律性,應當是擠出設備的問題。因而,選擇擠出設備時,特別是“一次碼燒”工藝,不能隻貪圖價格上的便宜,要看其性價比。像選擇這樣的問題擠出機,投產後的損失會更大。更重要的是要看自己的原材料性能和生產的產品,適應哪種類型的擠出機,“適合自己的就是最好的”。

     上麵實例講的都是實心磚,這是因為近二十年來,大多數擠出機製造廠家主要精力都集中在空心產品的成型上,而忽視了現代擠出機對實心磚的擠出。能夠順利擠出空心磚的擠出機並不一定能夠擠出好的實心磚坯體。確實,業內出現了擠出空心製品時沒有問題,但是就是擠實心磚就有問題。可見,不同的產品對擠出機的要求是不一樣的。眾所周知,擠出泥條斷麵中部一般都走得快,而空心磚的芯架可以增加中部的阻力,平衡了泥條斷麵的流動速度。但是擠出實心磚時中部就會快,易於形成螺旋紋。如果螺旋絞刀頭結構不合理時更易於產生坯體中的裂紋和缺陷。特別在裝飾磚磚的擠出成型上必須要做到泥條斷麵上的流速平衡。

     在西歐發達國家的科教書中也把坯體裂紋的原因分為兩種類型,一種是坯體中本來就存在的、由於擠出設備造成的原因;另外一種是幹燥過程中出現的原因。因此,當坯體出現裂紋後,首先要正確分辨出原因,是設備造成的還是幹燥過程造成的。

     由於擠出設備引發的裂紋也可以稱為坯體中內應力造成的裂紋(包括芯架裂紋),所謂內應力裂紋是由於坯體在成型過程中,擠出壓力分布不均勻,泥條斷麵流動速度不一致,在坯體內部形成內應力,在幹燥過程中表現出來的是裂紋,應該對設備進行調整或改造。

1.2原材料幹燥性能不好造成的裂紋

如圖1中所示的情況。如果原材料中的超細顆粒含量比例比較高,其可塑指數就較高。一般情況下這種原料的幹燥敏感性係數也較大,在幹燥過程中內部的水分不易排出來,容易產生網狀裂紋。外表麵收縮了,而內部的水分沒有排出,內部收縮不了,隻是表麵收縮,造成網狀的裂紋,除了提高進入幹燥室的坯體溫度外,還應該考慮設法增加坯體的微空隙率,即在原材料中加入瘠性材料。加煤矸石、頁岩、爐渣等骨科,這是一種不錯的經濟選擇。實質上這類幹燥敏感性高的原材料,所含有的礦物成分決定了其幹燥性能,如蒙脫石含量過高,即便是頁岩也不能單獨使用來做磚。某些地區的原材料中含蒙脫石很高,如東北、內蒙古、寧夏、新疆、北京以及黃土高原地區的紅膠泥土壤等對於這種塑性很高的原料,擠出機的真空度不宜太高。高真空度可以增加坯體的密度,但密度太高,則可能使這種原料製成的坯體密度太大影響坯體內部水分的排出,造成網狀裂紋,甚至在焙燒預熱帶出現爆裂。

1.3幹燥室送風方式不合理造成的裂紋

由於“一次碼燒”的隧道幹燥室內常出現坯垛垮塌倒垛的事故,有些不明就裏的隧道窯設計者或建設者,就把隧道幹燥室應該具有的合理送風方式進行了“臆想式”的改造,全然不考慮坯體原材料的幹燥特性,也全然不顧窯車上坯垛的碼放形式,更不考慮熱介質(風)送入幹燥室時應具備的流動速度以及幹燥磚坯所必須的風量大小。又怎能保證從送熱風口噴出具有一定流速的熱風呢?坯體幹燥效果的好壞對“一次碼燒工藝尤為重要。因此,用於“一次碼燒”工藝的隧道幹燥室,無論是上送熱,還是側送熱,也無論是上送熱+側(底)送熱的方式,其送熱風口的位置、尺寸大小、數量的多少等,都要與窯車上坯垛的形式上配合,更重要的是要與坯體混合料的幹燥性能相適應。須知,幹燥磚坯的幹燥室與“烤煙爐”大不相同。

2.隧道窯幹燥室上的送熱風口與窯車坯垛上通風道不對位造成的幹燥問題

     筆者在為數不少的新建“一次碼燒”隧道窯廠家看到,其生產熱耗很高、產量低下、質量差的現象,其隧道幹燥室的塌坯現象也時有發生,有的塌坯還相當嚴重,整窯車的連續倒坯。有的焙燒隧道窯中的火速很慢,上火漂浮。雖然排煙風機的變頻器已經開啟到了接近最大,但是隧道窯中還是總顯抽力不足。經仔細查看後發現,發生這種情況的首要原因就是在隧道幹燥室和焙燒隧道窯設計建造時根本就沒有考慮窯車上坯垛的碼放方式、坯垛之間的縱橫通風道與隧道幹燥室上的送熱風口(無論是上送熱風還是側送熱風口)和焙燒隧道窯上的排煙孔(哈風口)的相互對應關係。須知,“一次碼燒”的隧道幹燥室和焙燒隧道窯與傳統的小斷麵幹燥室和輪窯的送排風係統大不相同。這是因為移動的坯垛和幹燥室和隧道窯的邊牆、窯內頂麵之間有一定的空隙(常稱之為邊隙和頂隙),當幹燥室上的送熱風孔以及隧道窯上的排煙孔與坯垛上的縱橫通風道不對稱時,絕大多數的風量會從這些空隙中流走(據西歐相關的測定數據表明,邊隙和頂隙過大時,70%以上的氣流會經這些空隙流走。如果幹燥室上的送熱風孔以及隧道窯上的排煙孔與坯垛上的縱橫通風道不對稱時,可能經這些空隙流走的氣流比例會更高),造成了窯車上坯垛中間通風量不足或是根本沒有氣流通過,所以形成了幹燥室中的排潮不暢,塌坯嚴重;在隧道窯中顯現出抽力不足、火速不前、中下部坯垛易於過燒等。其結果就是煤耗高、產量低、質量差。而且這些幹燥室的送熱風口以及隧道窯的排煙孔的位置設置有著很大的隨意性,有的是等距離的,有的是不等距離的,根本就沒有考慮到窯車上的坯垛以及碼坯形式與這些孔道的對應關係。讓人哭笑不得的是在這種“病態”的情況下,有些廠家還選擇了機械化自動碼坯機或是碼坯機器人,幹燥不好或是燒成不好的原因都賴在了碼坯設備上。“苦惱”的碼坯設備製造廠家一遍又一遍的調整碼坯程序,改變坯垛形式,總也得不到好的結果。其實,這種“病態”的“一次碼燒”幹燥室和隧道窯,無論坯垛碼放的多麽好,也無法得到好的幹燥以及焙燒效果的。所以,碼坯設備製造廠家的技術人員必須懂得何種碼坯方式有利於幹燥和焙燒的要求,什麽樣的坯垛組成形式能與實際生產中的隧道幹燥室和焙燒隧道窯上的各種孔位能有更好的對應,有的生產廠家,為了提高產量,在本來就不合理的“病態”幹燥室和隧道窯的情況下,還不斷加大碼坯的密度,竟然把必須預留的通風道都碼成了坯垛,造成了窯車上中下部坯垛中根本就無風通過,其結果是越搞越糟。還有,某些新建的“一次碼燒”隧道幹燥室和隧道窯,由於設計者或建造者沒有或是根本不懂正確的送排風係統,幹燥室的送排風係統的通風道截麵麵積要麽過小(過小的情況多);隧道窯的排煙道要麽支道截麵過小,要麽總煙道截麵過小,無形中增加了排煙風機的負擔。也造成了幹燥室的供風量不足,坯體幹不了,甚至塌坯等缺陷。

3.關於隧道幹燥室的風機配備

     “一次碼燒”的幹燥室和隧道窯,如果使用離心風機時,一定要根據實際建設位置(工藝布置位置)和要求選好旋向。可是筆者在某地一個新建的磚廠隧道幹燥室頂上看到了如圖12中所示的狀況,風機旋向弄反了,就讓熱風管道大拐彎,而且是兩台風機在一起比著大拐彎。先從隧道窯頂上豎起大煙道(拐90度),向水平方向拐90度,經空中高架聯通到幹燥室頂上,再向下拐了180度的大彎。這種安裝方式,從何而談隧道窯的焙燒速度?從何而談幹燥室中的幹燥效果?因為風機的能量被這些拐彎管道的阻力幾乎給消耗殆盡了,該兩條隧道窯的產量可想而知。幹燥室經常出現塌車、倒坯,由於在幹燥室中存在著嚴重的吸潮現象,幹燥後的坯體上布滿了微細的裂紋,燒結後的磚呈啞音,強度低下。

幹燥室需要配備多大的風機

  針對每一個廠家,幹燥室配用風機的先決條件就是要知道自己所需風機的風量、風壓(全壓)。風機風量需由熱工計算求得,風壓則從係統阻力求得。但是這些計算都非常繁瑣,故生產廠家常用經驗估算方法為幹燥室選用風機,經驗估算法的經驗數據如下:

《1》     在幹燥室中(一次碼燒、二次碼燒一樣),濕坯體每蒸發1kg水需要耗熱量為4598~5430kj1100~1300kcal,需耗用空氣量為35~40m3;

《2》     送熱風機的全壓為1200~1500pa

《3》     排潮風機全壓為700~1000pa(這是離心風機集中排潮時的經驗數據,當采用軸流風機分散排潮時,軸流風機全壓為400pa)。

通過上述經驗數據,通過計算,對照風機樣本,就可選擇風機型號。

具體計算過程舉例如下:

例:某廠設計幹燥室日產量為30萬磚,濕坯體質量3.3kg,成型含水量為18%,幹燥後坯體殘留水分3%,計算送、排風機風量。

1)計算出每小時幹燥室需排出的水量(kg:

蒸發水量=300000/24*3.3*18-3/100-3=6394kg/h

2)計算幹燥坯體所需熱量:

取平均值每蒸發1Kg水需要熱量1200kcal,則:

每小時耗熱量:1200*6394=7672500kcal/h

(3)計算幹燥所需風量:

設定:隧道窯餘熱風的溫度為120℃;排潮溫度40℃,則:

熱風標準風量=熱量/(空氣比熱*熱風溫度)

            =7672500/0.31*120=206250Nm3/h

實際熱風風量=標準風量*273+120/273

            =206250*273+120/273=297000Nm3/h

4)計算排潮風量:

為保險其間,需排潮的風量應該計算幹空氣量與水蒸汽量之和。

排潮時的幹空氣量=206250*273+40/273=237188m3/h

kg水在0℃蒸發為蒸汽後的體積:1.244 m3,

0℃時幹燥水分全部蒸發的體積為:

        6394*1.244=7957 m3/h

排潮溫度在40℃時,蒸發的水蒸汽體積為:

         7957*273+40/273=9150 m3/h

在排潮溫度為40℃時,排潮的總風量為:

237188+9150=246338 m3/h

4.不能將煙氣送入幹燥室作為幹燥熱源

      與上述情況截然相反的現象是很多地方新建的隧道窯的風機配置有過於簡化了。例如筆者在河南、四川、甘肅、山西、雲南等地看到的“一次碼燒”隧道窯(幹燥窯),僅有一台風機,這一台風機不僅要承擔焙燒隧道窯的排煙任務(大多數這樣的隧道窯沒有抽取餘熱,也沒有窯尾供給新鮮空氣的專用風機),而且還要承擔隧道幹燥室的供給熱風任務以及焙燒隧道窯所需的新鮮空氣的專用風機),而且還要承擔隧道幹燥室還采取的是“正壓排潮”,因此這一台風機還間接的承擔著幹燥室的排潮任務;實質上,這種配置的風機,且不論其合理性,僅從將隧道窯所有排出的煙氣(含低溫煙氣)全部送入幹燥室而論,這就會給產品的質量造成很大的影響,例如隧道窯排放煙氣中含有硫、氟等有害氣體,這些有害氣體進入幹燥室後會與坯體中的鈣(鎂)反應,生成泛白或泛霜的物質。從這些隧道窯燒成的產品來看,很多由於硫的汙染,其表麵形成了嚴重的泛白現象,失去了燒結磚應有的本色。須知,嚴重泛白的磚,在使用過程中其表麵泛白層易於脫落,特別是有水滲透的情況下。一般來講,有嚴重泛白層的燒結磚在使用過程中也會出現泛霜。因此,在含硫高的情況下,最好將低溫煙氣單獨排出,經由煙氣淨化係統淨化後再排放,以便減少對產品的汙染和對大氣的汙染。另外,這種簡化的“土隧道窯”,大部分沒有考慮窯車上下的壓力平衡,或稱之為焙燒過程中的壓力製度。

     另外,根據國家新頒布實施的(2015年元月1日實施)《磚瓦行業排放標準》的規定,對實測大氣汙染物排放的濃度應換算為基準過量空氣係數的排放濃度,基準過量空氣係數規定為1.7,實際上國內現有燒結隧道窯的過量空氣係數大多數都在6.0左右,某些還超過了10;像這樣直接將隧道窯排放的全部煙氣都送入了幹燥室,其脫硫設備對幹燥室排放出的混合濕氣體進行處理,這時的過量空氣係數則會更大,除加大了脫硫設備的煙氣處理量、增大動力消耗及設備投資外,更擔心的是導致了排放煙氣不能達到國家標準的要求。因為空氣過量係數增大後,即使在工況條件下測得的二氧化硫、粉塵、氟化氫濃度很低,但折算後也會大大超出國家標準的限定值。例如在工況條件下測得排放煙氣中二氧化硫的含量為50毫克,但是空氣過量係數達到了8,按標準折算後需要乘以9,那麽,排放的濃度就達到450毫克,超過了國家標準規定的(小於300毫克)50%,導致了排放不達標。

5.必須了解幹燥的基本參數(幹燥製度)

      逆流式幹燥室的頂隙和側隙,大多數設計為80毫米。而實際90%以上生產廠,擔心坯垛會向兩邊傾斜,因此,人為地把側隙擴大到150多毫米,有的頂隙空間達到了可怕的200毫米以上,造成了熱風大量從頂部空間流走,坯垛中下部不幹,造成焙燒速度緩慢,質量差、產量低。

6.幹燥裂紋的類別及消除辦法

以下表格是法國磚瓦行業總結的幹燥缺陷以及解決辦法。

幹燥缺陷(坯體中預先存在的原因)

缺陷表現

可能產生的原因

解決方法

起泡:表麵起泡

在擠出過程中形成空氣泡,坯料微觀組成

加入熟料添加劑,排氣(抽真空)

翹曲:瓦坯體的不平整性

不均勻的壓製引起了不均勻的收縮

瓦形的重新設計和模具的重新設計

在整個坯體上有規律的、縱長裂透的直螺紋

在通過機口內芯架之後泥料的再次愈合程度很差

向後移動芯架,改變芯架的形狀

S-形曲線型螺紋,在普通(實心)坯體的橫截麵上是顯著可見的

在離開絞刀頭之後泥料的愈合程度很差,原材料的可塑性太高

加長機口,增加防止泥料旋轉的阻泥刀(棒),加入瘠性材料

凹陷或凸起形狀:呈橄欖球形狀使坯體扭曲變形

在擠出機口中的壓力差引起的不均勻收縮

機口平衡調節,對原材料的含水量及物料稠度進行試驗

在操作過程中的扭曲變形

成型含水量太高,粗野的操作

適當地調整

 

幹燥缺陷(與幹燥過程有關聯的缺陷)

缺陷表現

可能產生的原因

解決方法

在幹燥室進口處由於吸附潮氣引發的坯體扭曲變形

進入到幹燥室進口後,在冷的坯體上潮濕空氣的冷凝

熱擠出,改變輸入幹燥室的幹燥空氣參數

縱向開裂,通常位於幹燥空氣的輸入側

在幹燥過程的起始階段,幹燥空氣有太高的幹燥能力(溫度太高或濕度太低)

降低幹燥過程起始階段幹燥空氣的幹燥能力(降低溫度或增加濕度)

坯體周圍各種各樣的混雜裂紋(有斜紋和橫向紋)

在坯體中的濕度梯度太高,坯體的疊壓麵積太大

減慢幹燥過快的區域,提高幹燥過程的均勻性

幹燥後的坯體太潮濕,進入焙燒窯後碎裂

原材料的可塑性太高

提高幹燥過程末端的幹燥空氣溫度,降低幹燥的產量

幹燥後的坯體太幹,在某些坯體上出現極細微的裂紋

再次吸附水分引起了坯體尺寸上的變化

降低幹燥過程末端的幹燥空氣溫度,降低幹燥的產量

隨著時間的過去出現了不一致的結果,沒有規律性的出現髒汙,可變的殘留含水量

進入幹燥室的坯體數量不一致,熱控製有過失

均勻地供給坯體,調整熱控製方式

在坯體棱邊的某處出現未裂透的縱向開裂

太高的幹燥速度,在幹燥的第一階段收縮太快

降低幹燥坯體的速度,增加幹燥過程的長度,改善混合料

極微細的裂紋

不適當的幹燥速度

同上述

焙燒之後產品的機械性能降低

幹燥過程進行的太快,形成微觀裂紋

同上述

在幹燥室橫截麵上幹燥不均勻,幹燥異常總是在同一區域出現

熱空氣的輸入設計很差,造成流動空氣不均勻

改變幹燥空氣的流通狀態

在單獨的一塊坯體上出現幹燥不均勻,在坯體表麵出現水分汙點

在相應地部位上缺乏通風

改變幹燥空氣的流通狀態

接近於通風處在坯體支架後出現交叉裂紋

由於坯體支架幹擾了幹燥空氣的流通

準備使用更合適的坯體支架形式

在坯體支架的高度上出現交叉裂紋,裂紋沿著支架脊的方向

由於支架的吸濕性局部地影響幹燥過程減慢

考慮使用合適性能的支架

坯體的扭曲,變形

坯體支架形狀變形

調整坯體支架

泛霜,在出窯處發現產品上有白色汙點,但除了坯體與支撐架接觸的位置

原材料中存在可溶性鹽,例如CaSO4,在幹燥過程中隨水分流動到坯體的表麵

加入碳酸鋇外加劑

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