燒結(jié)磚焙燒缺陷

某燒結(jié)磚企業(yè)，原料為硬質(zhì)頁巖、軟質(zhì)頁巖及黏土，生產(chǎn)空心磚和普通磚，設(shè)計年生產(chǎn)能力為6000萬塊（折普通磚）空心磚。該生產(chǎn)工藝為“一次碼燒”工藝，機(jī)械碼坯的方式。干燥和燒成隧道窯各2條，截面均為3.7m。隧道干燥室長度為84.3米，燒成隧道窯長度為115米。窯車規(guī)格為3.7×3.7m。

生產(chǎn)中，三組分原料，按照比例預(yù)先混合后，共同通過錘式破碎機(jī)破碎、回轉(zhuǎn)篩篩分，合格混合料進(jìn)入生產(chǎn)線。雙級真空擠出機(jī)成型，成型水分約14%；泥條經(jīng)自動切條、切坯機(jī)切割成為所要求尺寸的坯體，每根泥條切坯32塊，機(jī)械碼坯機(jī)每次抓取12個泥條共384塊磚坯。普通磚碼高15層，窯車臺面上碼放9垛磚坯，每輛窯車碼坯量達(dá)到5760塊。根據(jù)燒成工藝要求，混合料內(nèi)燃摻配量按照350kcal/kg的比例控制。燒結(jié)普通磚日產(chǎn)量達(dá)到18～20萬塊。燒成隧道窯進(jìn)車時間約為1小時20分，燒成周期達(dá)到40～44小時。

2014年8月，隨著原料礦山開采條件的變化，軟質(zhì)頁巖及黏土的成分出現(xiàn)波動。當(dāng)按照固定的350kcal/kg的內(nèi)燃熱值比例進(jìn)行摻配時，在焙燒過程中，窯車上坯垛中部產(chǎn)品出現(xiàn)膨脹、變形和裂紋，斷磚中部厚度達(dá)到68mm，磚頂面厚度達(dá)到55mm，成為“面包磚”，外觀尺寸超出國家標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。一度此類膨脹和裂紋缺陷的普通磚數(shù)量達(dá)到30萬塊，對產(chǎn)品的質(zhì)量評價造成不利影響。當(dāng)降低內(nèi)燃摻配后，坯垛中膨脹變形和裂紋產(chǎn)品數(shù)量基本消失。但是，在加強(qiáng)看火投煤情況下，在磚垛外側(cè)下部，仍然出現(xiàn)欠火磚。詳見下圖。對此，就該企業(yè)燒結(jié)普通磚焙燒變形原因分析如下，供參考。

膨脹變形

裂紋及變形

磚垛下部局部欠火

1、焙燒缺陷的產(chǎn)生

根據(jù)陶瓷燒結(jié)的定義：“粉末或非致密性物料，經(jīng)加熱到低于其熔點(diǎn)的一定范圍內(nèi)，發(fā)生顆粒粘結(jié)，結(jié)構(gòu)致密程度增加，晶粒長大，強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性提高等物理變化、成為堅實(shí)集合體的過程。” [ 1 ]

燒結(jié)磚坯體被加熱后，由于混合料中氧化硅、氧化鋁、氧化鈣及氧化鎂等不同氧化物的組成，對混合料的最高燒結(jié)溫度存在直接影響。如果不能及時調(diào)整，焙燒過程中，燒結(jié)磚產(chǎn)品極易出現(xiàn)收縮、膨脹、欠火、裂紋、斷裂等現(xiàn)象。

1.1原料成分的影響

該企業(yè)原料礦山采用挖掘機(jī)開采，由于開采條件限制，硬質(zhì)頁巖與軟質(zhì)頁巖及黏土開采后，沒有堆存風(fēng)化等預(yù)處理措施，

硬質(zhì)頁巖

軟質(zhì)頁巖及粘土原料

頁巖原料和混合料成分見下表。

原料及混合料化學(xué)成分

從表中數(shù)據(jù)看，符合燒結(jié)磚對原料化學(xué)成分的基本要求，SiO2和Al2O3含量適中，但硬質(zhì)頁巖性能比軟質(zhì)頁巖及黏土性能要好。生產(chǎn)中，根據(jù)2:1配比，即2份軟質(zhì)頁巖及粘土與1份硬質(zhì)頁巖摻配，內(nèi)燃摻配量按照350kcal/kg的比例摻配。混合料成分中，熔劑成分Fe2O3、MgO、略微偏高。隧道窯燒成過程中，焙燒帶溫度曲線顯示，最高溫度達(dá)到1000℃，磚垛中部出現(xiàn)軟化變形、膨脹，如圖片1、2所示。

針對膨脹變形磚斷面的分析，可見由磚坯表面到磚坯中心部位，斷面顏色由淺紅逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\灰，再由淺灰轉(zhuǎn)為藍(lán)黑。這是磚坯表面燃料煤處于氧化氣氛下燃燒時，磚坯成分中Fe2O3沒有分解，使得磚坯表面呈淺紅色。隨著氧化氣氛減弱，F(xiàn)e2O3逐漸分解，顏色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\灰，到達(dá)磚坯中心時，由于空氣中氧氣無法進(jìn)入，磚坯中內(nèi)燃煤，處于還原氣氛下燃燒，F(xiàn)e2O3分解為4FeO和2CO2，正是因?yàn)镕eO呈色為藍(lán)灰到藍(lán)黑，使得磚坯斷面中心部位呈藍(lán)黑色。

此外，當(dāng)隧道窯窯溫曲線顯示為1000℃時，窯車中部坯垛內(nèi)溫度將達(dá)到或超過1000℃，坯體內(nèi)液相產(chǎn)生、氣孔減少，并逐漸軟化，磚坯內(nèi)部的還原氣氛使得Fe2O3分解，促使CO2氣體排放，磚坯出現(xiàn)膨脹、裂紋和變形等缺陷。

正是由于磚坯內(nèi)Fe2O3、MgO、CaO等熔劑成分的作用，使得磚坯在低于其熔點(diǎn)溫度以下的燒結(jié)控制難度較大，同時由于碼垛方式的限制，隧道窯全截面的溫度差異較大。當(dāng)按照固定的內(nèi)燃摻配比例安排生產(chǎn)時，磚垛邊部燒結(jié)溫度適中時，中部燒結(jié)溫度出現(xiàn)偏高，產(chǎn)生焙燒膨脹、裂紋等變形缺陷。

1.2配料及內(nèi)燃摻配的影響

該企業(yè)生產(chǎn)中，由于磚垛中部磚坯膨脹變形，決定調(diào)整原料配比，采用1份軟質(zhì)頁巖及黏土與1份硬質(zhì)頁巖摻配，提高硬質(zhì)頁巖在混合料中的比例。同時內(nèi)燃摻配量按照320kcal/kg的比例摻配；并要求燒成隧道窯崗位工加強(qiáng)對邊火溫度的觀察，加強(qiáng)投煤。調(diào)整原料配比和內(nèi)燃后，隧道窯溫度曲線最高控制在1030℃。

調(diào)整后，根據(jù)生產(chǎn)狀況，窯車中部坯垛坯體膨脹變形現(xiàn)象基本消失，然而，窯車磚垛外側(cè)下部出現(xiàn)欠火磚，如圖片3所示。膨脹變形消失的因素分析如下：

原料配比調(diào)整后，硬質(zhì)頁巖摻配量提高，高溫難熔氧化物SiO2含量的增加，對提高磚坯燒結(jié)溫度、減少高溫變形有利。硬質(zhì)頁巖破碎后，坯體內(nèi)粗顆粒增加，有利氧氣的滲透，減少在還原氣氛下Fe2O3分解。同時，坯體內(nèi)粗顆粒之間的間隙，有利氧化和還原反應(yīng)時產(chǎn)生的氣體的排出，能夠有效地避免坯體的膨脹變形。軟質(zhì)原料減少后，混合料中黏土的微小顆粒減少，能夠提高磚坯內(nèi)產(chǎn)生液相的溫度，避免坯體軟化變形。采用原煤作為內(nèi)燃摻料的情況下，坯體內(nèi)部必然形成還原氣氛焙燒，無法避免。減少內(nèi)燃摻配的控制措施，能夠避免坯垛中部阻力高、煙氣流速慢帶來的坯垛內(nèi)溫度過高現(xiàn)象，減少隧道窯高溫帶截面溫度差異過大，同時，隨著磚坯內(nèi)碳含量降低，還原氣氛減弱，減少Fe2O3分解和CO2氣體排放，避免磚坯軟化和磚坯膨脹、裂紋、斷磚等焙燒缺陷的產(chǎn)生。

生產(chǎn)中，由于硬質(zhì)頁巖量提高，磚坯相應(yīng)的燒成溫度需要提高，在減少內(nèi)燃料的條件下，強(qiáng)調(diào)燒窯工加強(qiáng)對邊火溫度的觀察和投煤，要求控制窯溫為1030℃。但由于邊部投煤孔位置、坯垛與窯墻間隙基本固定，調(diào)整難度較大，兩側(cè)邊火行進(jìn)速度較快，火不易下底，造成窯車磚垛外側(cè)下部出現(xiàn)欠火磚。加大邊部投煤后，煤的不完全燃燒現(xiàn)象增加，燃料消耗提高

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