燒結磚焙燒缺陷

某燒結磚企業，原料為硬質頁巖、軟質頁巖及黏土，生產空心磚和普通磚，設計年生產能力為6000萬塊（折普通磚）空心磚。該生產工藝為“一次碼燒”工藝，機械碼坯的方式。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。窯車規格為3.7×3.7m。

生產中，三組分原料，按照比例預先混合后，共同通過錘式破碎機破碎、回轉篩篩分，合格混合料進入生產線。雙級真空擠出機成型，成型水分約14%；泥條經自動切條、切坯機切割成為所要求尺寸的坯體，每根泥條切坯32塊，機械碼坯機每次抓取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，每輛窯車碼坯量達到5760塊。根據燒成工藝要求，混合料內燃摻配量按照350kcal/kg的比例控制。燒結普通磚日產量達到18～20萬塊。燒成隧道窯進車時間約為1小時20分，燒成周期達到40～44小時。

2014年8月，隨著原料礦山開采條件的變化，軟質頁巖及黏土的成分出現波動。當按照固定的350kcal/kg的內燃熱值比例進行摻配時，在焙燒過程中，窯車上坯垛中部產品出現膨脹、變形和裂紋，斷磚中部厚度達到68mm，磚頂面厚度達到55mm，成為“面包磚”，外觀尺寸超出國家標準指標。一度此類膨脹和裂紋缺陷的普通磚數量達到30萬塊，對產品的質量評價造成不利影響。當降低內燃摻配后，坯垛中膨脹變形和裂紋產品數量基本消失。但是，在加強看火投煤情況下，在磚垛外側下部，仍然出現欠火磚。詳見下圖。對此，就該企業燒結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、焙燒缺陷的產生

根據陶瓷燒結的定義：“粉末或非致密性物料，經加熱到低于其熔點的一定范圍內，發生顆粒粘結，結構致密程度增加，晶粒長大，強度和化學穩定性提高等物理變化、成為堅實集合體的過程?！?[ 1 ]

燒結磚坯體被加熱后，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溫度存在直接影響。如果不能及時調整，焙燒過程中，燒結磚產品極易出現收縮、膨脹、欠火、裂紋、斷裂等現象。

1.1原料成分的影響

該企業原料礦山采用挖掘機開采，由于開采條件限制，硬質頁巖與軟質頁巖及黏土開采后，沒有堆存風化等預處理措施，

硬質頁巖

軟質頁巖及粘土原料

頁巖原料和混合料成分見下表。

原料及混合料化學成分

從表中數據看，符合燒結磚對原料化學成分的基本要求，SiO2和Al2O3含量適中，但硬質頁巖性能比軟質頁巖及黏土性能要好。生產中，根據2:1配比，即2份軟質頁巖及粘土與1份硬質頁巖摻配，內燃摻配量按照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，最高溫度達到1000℃，磚垛中部出現軟化變形、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變為淺灰，再由淺灰轉為藍黑。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，Fe2O3逐漸分解，顏色逐漸轉變為淺灰，到達磚坯中心時，由于空氣中氧氣無法進入，磚坯中內燃煤，處于還原氣氛下燃燒，Fe2O3分解為4FeO和2CO2，正是因為FeO呈色為藍灰到藍黑，使得磚坯斷面中心部位呈藍黑色。

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

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

1.2配料及內燃摻配的影響

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

調整后，根據生產狀況，窯車中部坯垛坯體膨脹變形現象基本消失，然而，窯車磚垛外側下部出現欠火磚，如圖片3所示。膨脹變形消失的因素分析如下：

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

生產中，由于硬質頁巖量提高，磚坯相應的燒成溫度需要提高，在減少內燃料的條件下，強調燒窯工加強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，調整難度較大，兩側邊火行進速度較快，火不易下底，造成窯車磚垛外側下部出現欠火磚。加大邊部投煤后，煤的不完全燃燒現象增加，燃料消耗提高

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