【分享交流】发展高品质煤矸石烧结制品工艺技术的分析探讨

1 煤矸石原料的特点

我国煤矿分布区域广阔，地质构造较为复杂，产生的煤矸石物理化学性能差异很大，不是所有煤矸石都可以制作烧结墙体材料，更不用说生产高品质烧结墙材制品，应该从化学矿物成分、物理性能等方面做好煤矸石的试验分析，在此基础上，分析判断煤矸石原料是否可用于生产高品质墙材制品。

1.1 化学成分对发展高品质制品的影响

煤矸石是煤层沉积过程的产物，是成煤物质与其他沉积物结合而生成的可燃性矿石。它实际上是炭质泥岩、炭质砂岩以及混入其他岩石的混杂物。大多数煤矸石原料除了有发热的可燃物炭外，其制作烧结制品的化学成分要求与页岩和黏土原料基本一致。多年的生产和研究证明，高质量的烧结制品要求严格控制原料化学成分中主要可能产生石灰爆裂的氧化钙和产生制品泛霜的氧化镁、三氧化硫的含量。例如氧化钙，理论上CaO含量允许范围为 0～10%；MgO 和 SO3含量分别允许范围为 0～5%和0～3%，但在实际生产控制中要求更严。表1序号中1是河南某煤矿的煤矸石化学成分，氧化钙含量仅为3.66%，试验时颗粒组成：小于 0.1mm 为 18.1%;0.25mm～0.1mm 为 21.8%，累计39.9%; 0.5mm～0.25mm 为 17.3%，累 57.2%; 0.5mm～1mm 为42.8%，累计为100%。挤出的试样经干燥后进行烧成试验，升温速度≥150℃，两次烧成的试样的强度和外观质量好，声音清脆，但在室内放置两周后制品开始膨胀，表面掉渣，试样没有强度(见图 1)。内蒙古某砖厂煤矸石中氧化钙含量仅为 1.85%～2.54%，产品出隧道窑后质量没有问题，但放在露天堆场不久就出现砖膨胀破裂(见图2)，轻碰以下就散架塌落成碎块。

从以上试验和生产实践看，煤矸石中氧化钙含量均符合要求，但也发生了石灰爆裂,这一现象在页岩和黏土原料制砖中发生较少。分析认为，煤矸石原料中以纯度较高的碳酸钙(CaCO3)矿物混在当中，而黏土和页岩中疆石颗粒虽然也含有碳酸钙(Ca?CO3)矿物，但含量少得多，产生的膨胀爆裂应力也小，制品也不会产生炸裂。

原料质量除了与氧化钙含量有关外，也与氧化镁等化学成分的存在有关。有关产生烧结制品“石灰爆裂”和“泛霜”的原因这里不再详述，请查阅《砖瓦》杂志相关文章。关键是如何通过原料处理生产高品质产品，常用方法是加入其他化学原料，改变生产工艺技术参数，防止和消除产品石灰爆裂和泛霜的发生。另外，在规划设计用煤矸石制造高品质烧结制品生产线前，建议应进行全面试验，特别是能简单地用化学成分含量和刚出炉的小砖试样来判定煤矸石原料是否适合生产烧结制品，必须对试样进行“石灰爆裂”和“泛霜”试验后再下结论，这点往往被怱视。

1.2 煤矸石塑性指数对发展高品质制品的影响

煤矸石塑性指数是检验能否顺利成型和生产高品质产品最关键的指标。就我国煤矸石而言，塑性指数相差甚大。砂性煤矸石一般塑性较低，甚至没有塑性。例如陕北某矿煤矸石，细破碎后颗料为：粒径小于0.1mm和0.1mm～0.25mm颗粒均为27%；0.25mm～0.5mm 为 16%；大于 0.5mm 为 30%。虽然粒径 0.5mm以下细颗粒占到70%，但实验测试结果显示无塑性，而化学成分基本符合制砖要求。泥质煤矸石一般含水率较高，塑性指数也较高，成型没问题。例如吉林省某矿泥质煤矸石，塑性指数在14左右，虽然在低压力和低真空度下易成型，但干燥敏感性系数较高，干燥收缩也大，如果不能很好地解决干燥问题，很难生产出高品质的产品。我国大多数煤矸石塑性指数在6～13之间，约占85%左右，而高塑性指数的泥质页岩较少，约占5%以下，塑性指数小于6的占10%左右。低塑性煤矸石通过原料粉碎处理，控制粒度来解决；塑性指数过高原料可通过加入炉渣、粉煤灰等低塑性原料来调整，满足生产高品质产品对塑性指数的要求。

1.3 发热量对发展高品质制品的影响

利用煤矸石生产高品质全内燃烧结制品时，要根据发热量大小具体而定：①当发热量在350kcal/kg以下时，由于烧成温度高和高温段保温时间较长，热量不足时可采取以内燃为主，补充少量外燃来满足烧成高品质产品的热量要求，可按常规窑炉设计，适当调整窑炉升温时间；②当发热量在350kcal/kg～500kcal/kg之间时，如果烧制高品质装饰砖、道路广场砖等，一般要求烧成温度在烧成温度范围内取高值，并适当延长烧成周期，耗热量也比较高，也可能成为最佳热值范围；③当发热量在500kcal/kg～900kcal/kg时，烧成需要热量严重超标，增加了烧成控制难度，但只要设计合理，处理好坯体在窑内“低温长烧”和“烧炭放热”，也能烧出品质优良的产品；④如果发热量超过 900kcal/kg 以上时，不建议采用全煤矸石烧制高质量产品，可以与页岩、黏土等其他原料配制，从而达到降低热量的目的，但如果利用多余热量发电则另当别论。煤矸石全内燃烧结制品，由于完全依赖坯体原料本身携带的热量来维持烧成产品全过程，所以高品质产品的原料热量控制很重要。据我国20世纪90年代末对61个地区煤矸石发热量的调查和统计分析，500kcal/kg以下煤矸石占25%，大部分热量过高，但作为内燃掺配烧制页岩、黏土等制品则更为经济合理。

2 原料处理

做好高品质墙材的前提是原料处理，但却没有引起众多企业的重视，原因是好的原料处理设备价格较高。一台满足日产20万块～30万块的轮碾机价格100万元左右，两辊间隙、辊圈耐磨强度和产量同时满足要求的高速细碎对辊机，其价格也在百万元以上。为了生产高品质产品，原料处理应注意以下两方面。

2.1 原料颗粒级配对发展高品质制品的影响

原料处理后的颗粒级配，对生产高品质烧结制品尤为重要，也是检验原料粉碎效果好坏的主要指标。按照产品档次不同，应有不同的颗粒级配要求。如果生产普通实心砖，只需满足砌墙需要，即满足粒径0.5mm以下颗粒大于50%，最大颗粒不超过3mm，甚至5mm也同样生产；如果生产普通承重多孔砖，孔洞率不高的情况下，粒径0.5mm以下颗粒大于60%，最大颗粒不超过2mm，甚止3mm也同样生产；如果生产高品质和高孔洞率的空心砖、空心砌块和保温空心制品，粒径0.5mm以下颗粒应在70%以上，甚至更高，最大颗粒应在1.5mm以下；如果生产装饰墙砖、广场砖等附加值更高的优良品质烧结制品，则颗粒级配要求更高。

陶有生在文章“法国煤矸石烧结砖生产技术”一文中指出“满足生产优质煤矸石砖颗组成为：粒径 0.1mm 以下颗粒为 35%；0.1mm～0.3mm 之间颗粒为 35%；0.3mm～0.5mm 之间为 10%；0.5mm～1.0mm 之间为 10%；1mm 以上为 10%。”该颗粒组成0.5mm 以下占到 80%，而我国大多数生产企业只要求占 55% 或60%以上。利用煤矸石生产高品质饰面砖和多孔薄壁制品，除了满足细颗粒要求外，其最大颗粒粒径应控制在1mm以下。从目前实际生产情况看，这一主要指标相差甚大，成为不能生产高品质烧结煤矸石制品的原因之一，值得深思和进一步研究。

2.2 原料处理设备对发展高品质制品的影响

煤矸石粉碎方式，应重点考虑原料的硬度和含水率两大因素。一般情况下，硬度较高的煤矸石含水率相对较低，而含水率较高的煤矸石，有泥质页岩的性能，在选择破碎设备时应有区别：一是在煤矸石莫氏硬度5以上，含水率小于7%时，选用颚式破碎机粗碎，锤式粉碎机细碎，再进行搅拌、陈化、轮碾机碾练处理原料效果较好；二是莫氏硬度在 3～5 之间，含水率小于 10%时，同样选用颚式破碎机粗碎，湿式棒磨机细碎，再进行搅拌、陈化，可不用轮碾机；三是莫氏硬度3以下，含水率大于10%时，可选用齿式对辊机粗碎，差速细碎对辊机细碎，再进行搅拌、陈化和轮碾机处理。原料处理三种方式均强调陈化，陈化对改善原料制砖性能十分重要。第一和第三种原料处理增加了轮碾机，而第二种未考虑轮碾机，主要原因是第二种煤矸石原料粉碎采用了棒磨机，其磨后料细颗料含量高，原料塑性指数大幅提升，完全可以满足生产高品质烧结制品的要求。其他两种煤矸石原料处理中提出破碎后增加轮碾机处理，不仅可以增加原料的细颗粒含量，提高原料的塑性指数，改善成型性能，而且会对煤矸石原料起到碾练和均化的效果，并可排除颗粒之间的空气，增加原料的密实性，提高坯体和产品的强度。生产实践中对比轮碾机和细碎对辊机(2mm以下间隙)原料处理效果，轮碾机的细化作用和改善原料性能更好，见图3。

不仅原料颗粒粒径更加合理，塑性指数提高，而且减小了挤出阻力，电流明显下降。近几年来，我国煤矸石细碎处理大部分选用单轴或双轴锤式破碎机，并在适应高含水率原料破碎上有所突破，但是细碎后的颗粒级配不尽人意，粒径0.5mm以下颗粒的占比有待进一步提高。法国巴黎北部的HULLUCH煤矸石烧结砖厂在70多年前就选用两台棒磨机，出磨的粉料颗粒粒径小于0.5mm占70%，完全用100%煤矸石生产出高质量的清水墙砖、饰面砖和各种空心制品。在意大利等欧洲国家制砖生产线上，差速细碎对辊机和轮碾机是常用的原料处理设备。直径Φ1200mm×1400mm细碎对辊机，生产煤矸石砖时单个辊皮质量 6.12t，两辊最大压力可在80t以上，并设有超载保护装置。轮碾机是多种原料均化、混合碾练的最佳设备。陕西咸阳某砖厂，原料是黏土加少量市政污泥，内燃料为煤矸石，生产线原料处理采用了一台型号为PM200，总质量近70t的轮碾机 ，碾 轮 尺 寸 ( 直径 × 宽度为2000mm×900mm，主轴转速≥13rpm，内外轮质量分别为 12t 和15t，动力为 142kW。该厂生产管理人员谈到轮碾机的作用时，指出该生产线不使用轮碾机时，原料参配均匀性受到影响，产品质量明显下降，使用轮碾机后，产品强度和外观质量明显提高。生产的实际充分说明，要生产高品质和高附加值煤矸石烧结制品，首先就要将原料处理好，只要粉磨设备选择或在研发的基础上制造优化，就一定能得到需要的颗粒级配和原料处理最佳效果。选用粉磨细碎处理，可能电耗略有提高，但原料塑性提高后成型工作压力会减小，电流也会下降而省电，特别就提升产品品质而言也是非常值得。

3 成型与工艺路线

3.1 挤出成型对发展高品质制品的影响

生产多孔砖、空心砖或各种砌块时，成型挤出工作压力在2.0MPa～2.5MPa，真空度 0.085MPa～0.09MPa 为宜。当挤出工作压力大于3MPa，产品孔洞率超过35%，且为矩形孔时，不仅成型困难，而且挤出泥条时摩擦阻力急骤增加，电流大幅度上升，产量明显下降。一般情况下，原料颗粒较粗，塑性较低，结合能力较差的原料，应采用硬塑挤出设备；原料颗粒较细，塑性较高，可采用半硬塑挤出成型。前者原料挤出压力不足时，过高码垛会造成坯体开裂，后者成型水分较高，过高码垛会造成坯体变形。如果塑性指数小于 6 时，可加入 1% 纸浆废液或少量膨润土，也能顺利成型。坯体强度在1.0kg/cm2，可以码10层高。欧洲挤出机一般挤压力在35kg/cm2～55kg/cm2，挤出机模具温度可以达到45℃～60℃，坯体压力可达到3kg/cm2～4kg/cm2。原法国HULLUCH 煤矸石砖厂，坯体挤出压力为 2.2MPa，抽真空度为85%，成型含水率13%～16%，可以挤出符合各种产品规格型号的泥条。

挤出成型是生产线的关键设备之一，如何确保不同性能的原料与功能不同的高品质产品挤出，选择适应自己煤矸石的最佳挤出压力、真空度、含水率和满足码坯强度的技术参数更为重要。真空泵在真空挤出成型中作用非常重要，要求循环水的理想温度为15℃，温度愈高，对真空度影响越大，真空值愈小。但国内许多生产企业，循环水温度高到已冒热气还在使用。根据法国过去的经验，真空挤出机技术参数中，成型水分的控制十分重要。当成型水分确定后，他们用电流、电容、挤出机成型压力三个指标来调整含水率，先用电容，后用电流和压力，并将成型含水率误差控制在正负1.3%内，也就是说，成型含水率为15%时，电容控制波动范围为14.8%～15.2%。如果能达到这样的效果，可以满足高品质产品对成型水分控制的要求。

3.2 泥条和坯体加工对发展高品质制品的影响

成型后的泥条要根据高品质、多规格、多用途产品进行深加工，也就是怎么来完成泥条和坯体的处理，如削皮、辊压、切条、切坯、翻坯、倒角等处理工序。在欧美许多生产线上，生产削皮砖时，泥条挤出后的四个面装有切削刀，将泥条表皮直接切掉，再进行切条切坯；有的是将泥条表面扒皮成碎片状，给表面均匀投放一薄层锯末，经过设置的压辊压实泥条表面锯末，再完成切条切坯，可以生产出仿树皮产品；有的在泥条挤出后通过压辊压花，除了滚压出产品商标外，还可以滚压不规则的表面或有规则的图案；还可以在泥条上方设置一个布沙粒装置，给泥条上表面均匀撒上一层普通砂、彩色砂粒或施釉后再进行切条、切坯、倒角工序。以上泥条和坯体深加工处理对生产高品质、高附加值产品很重要，虽然烦琐一些，但对提高产品档次，调整产品结构很有帮助，而且不需要增加过多投资，产品一定会受到装饰市场的欢迎。

3.3 一次码烧工艺对生产高品质制品的影响

我国墙材烧结制品行业生产工艺基本上分为一次码烧和二次码烧两种，一次半码烧工艺用得较少。由于一次码烧工艺所需机械自动化设备较少，生产过程简练，工序流畅性好，易实现机械化，加上用人少，投资小，成为行业发展的主要工艺。特别是用煤矸石生产烧结墙材实心砖、多孔砖和空心砖时，很少采用二次码烧工艺。就煤矸石原料的性能而言，除泥质煤矸石原料外，生产普通烧结产品，采用一次码烧工艺没有问题，但生产高品质煤矸石烧结制品时，一次码烧工艺生产的产品的一些缺陷难以消除，一是条面压痕，见图4，由于砌筑墙体时，砖条面往往暴露在墙体内外表面，有压痕的砖就不能做清水墙装饰。为了解决这一问题，双鸭山全煤矸石砖引进线设置了翻转设备，将条面压痕转移到孔洞大面，解决了条面压痕，在一次码烧工艺线上生产出了高品质的承重多孔砖，可用于砌筑清水墙体。二是产品黑心，由于烧成制度不合理，超热焙烧的煤矸石产品烧皮不烧心，形成了严重黑心，见图5。黑心不仅影响产品强度，而且耐久性和抗冻性能受到直接影响，外观再好也不能用于长久寿命的建筑，更谈不上高品质产品。三是压裂变形，见图6，图6是内蒙古某厂以煤矸石为主的生产线，码坯14层，烧成的产品下面最少6层砖出现了严重变形，废品率40%以上，企业经济效益受到影响也在情理之中。相信企业在改变原料配方，调整成型参数，注意烧成制度控制后，产品质量会大幅提升。

4 干燥焙烧

4.1 重视原料试验

做好煤矸石原料的干燥烧成试验，为设计干燥和焙烧窑炉提供数据，也为生产线调试提供参考。就干燥而言，一是应做好干燥收缩试验，以此来确定码坯形式、干燥窑的内宽和内高；二是干燥敏感性系数，以此来确定干燥周期和干燥室长度；三是临界含水率指标试验，以此来确定干燥室送热风口和排风口的位置，控制好不同干燥段的风温、风量和风压的最佳值。焙烧试验也是如此，主要做好烧成收缩率、烧成温度范围等试验数据，再确定焙烧窑的宽度、长度和高度尺寸。目前，许多工厂确定窑炉宽度和高度尺寸时缺乏试验，只是按照产量主观确定干燥和焙烧窑炉尺寸。以干燥烧成收缩为例，当总收缩为6%时，窑内宽为4.6m、6.9m、9.2m，如果按长度240mm产品分别码4垛、6垛和8垛计算，每垛为4块砖长度，长度计算可分别为16块、24块和32块，其坯体总收缩值分别高达230mm、346mm和461mm，这对确定窑炉内宽尺寸影响很大，直接影响产品干燥焙烧质量，这一点应引起重视。如果生产组装式建筑用的长2m左右烧结空心条板，则干燥收缩的有效控制成为高品质墙板生产线成与败的关键。

在保证收缩不变形的情况下，烧成制品的孔隙率则是判断产品各种性能的主要参数之一。对于高品质的装饰砖而言，制品孔隙率参数控制要求较为严格，一般情况下，孔隙率越小则吸水率就越低，强度也就越高。建造双鸭山引进线时，煤矸石原料烧成试验分别在法国原西方公司和西安墙体材料研究设计院进行了多次，其结果见表2。从表2可看出，在950℃时孔隙率接近23%；而到1050℃时孔隙率下降到13%；1100℃时孔隙率下降到7%。当温度达到1150℃时，孔隙率4%不到，产品强度会更高，吸水率会更低，耐久性会更好。但1100℃比1000℃收缩值提高了49.66%，可能会影响产品外观和增加隧道窑温度控制难度，综合分析后最终选择烧成温度 1050℃～1100℃，生产的装饰砖完全满足国家产品标准中对吸水率和强度等方面的要求。从表2中还可以看到，烧成温度从950℃提高到1100℃，烧成收缩率从0.75%提高到5.38%，收缩过大会发生装饰砖变形。为了解决煤矸石原料烧成收缩过大的问题，建议掺入自燃过的煤矸石8%～10%，其作为熟料对于降低收缩效果会更好，生产实践证明此方法是可行的。

4.2 干燥烧成窑的设计与材料的选择

西安墙体材料研究设计院在20世纪80年代末设计了双鸭山全煤矸超内燃空心砖生产线，实现了“制砖不用土，烧砖不用煤”的目标，节能减碳效果显著，并且可稳定生产具有承重和装饰功能的多孔砖。该项目在窑炉建设中，除高温段耐热吊钩进口外，其他材料均选择了国内产品和材料来替代进口，为国家节约了大量外汇。项目的设计和研究分别获得国家优秀设计银质奖和国家科技进步二等奖。在项目实施过程，中法两国技术人员均认为，在原料确定后，干燥烧成温度、压力和窑内断面温差及风量的控制，是生产高品质全煤矸石烧结产品的关键。以下部分为双鸭山引进线建造中，法国对窑炉设计施工的一些做法，至今未过时，值得借鉴。

法国CERIC公司在HULLUCH煤矸石烧结砖厂设计的一次码烧干燥、焙烧隧道窑，长度分别为56m和184m，干燥长度仅为烧成窑长度的1/3不到，干燥后的坯体含水率为2%，干燥焙烧总周期为92h，焙烧温度1020℃～1100℃。由于是超热焙烧，窑内多余热量从烧成带抽出，当温度低时，自动减少抽出热量，使窑内烧成温度保持恒定。保持温度恒定采用了一台使用温度为165℃的抽烟机；一台使用温度为250℃～350℃之间的通风机；一台安装在焙烧带之后的快速冷却通风机。将烧成温度1020℃～1100℃突降到 700℃。一台慢速冷却通风机，除降温外，还将500℃以下的热量回收后送入干燥室。5台冷却风机安装在出车端窑门上，将产品冷却至车间环境温度。该窑炉采用超内燃烧砖，为防止黑心和砖面压痕，除了供氧充分促使炭燃烧彻底外，在一特定温度区间保持足够的烧成时间，还要按产品的厚度及孔洞设置情况，确定特定温度下的停留时间。只有这样，才会消除产品表面压痕黑印和黑心，确保坯体中炭完全燃烧，从而提高产品的品质。

4.3 干燥焙烧窑零压点与温度控制

国内常采用全负压操作，快速引火焙烧，缩短保温时间求高产节能的这种窑炉并不适应烧成高品质产品。为此，提出以下几点建议：

4.3.1 零压点的确定

全窑负压区占40%，正压区占60%。进车端为负压区，出车端为正压区。零压点处应设置传感器，正常生产时应保持零压点基本稳定不动。焙烧区窑车下方为正压，不让窑内热向车下流动，但预热区窑车下方为负压，窑内也同时为负压。烧成窑控制零压点在焙烧带900℃的位置，并采用适当稀码快烧，局部补氧长烧。煤矸石发热量较高时，属于超热焙烧，适当稀码有利于热量释放，可避免严重制品黑心的产生。过密的码坯也有可能发生过烧粘连而影响卸砖。稀码快烧对煤矸石、粉煤灰原料非常重要，但其他原料并非适应。还有一点要引起注意，煤矸石原料的燃点是400℃～700℃之间，焙烧温度到这一区间后到900℃之前应釆取低温长烧，让砖坯在氧化气氛中尽可能充分燃烧，并适当延长焙烧时间，更有利于砖坯内热量的释放。操作焙烧煤矸石砖隧道窑时，可以设置快速冷却系统，573℃石英转化点以下温度一般可以实施快速冷却，但原料不同时应有所区别。

4.3.2 干燥室送风温度的选择

干燥室送风温度为100℃～130℃，成型含水率15%～16%，排潮温度 32℃(国内设计 40℃～45℃)，排潮湿度 90%(国内设计95%)。当生产装饰多孔承重砖时，循环风机应正常运行，保证干燥室内压力、温度均衡一致；当生产高孔洞率的空心砖时，循环风机可以不工作。相反，实心砖和低孔洞率的多孔砖就要保证循环风机的压力和风量，以克服阻力，使风行速度进端与运行风速差距尽量减小。宝深集团链板快速干燥窑生产调试黏土制品时，由于操作不注意，送风温度超过200℃，坯体没有出现收缩应力裂纹。分析原因是湿度、温度、压力和风量分布合理，在高温、高湿和强制循环通风下，坯体干燥质量也能保障。

4.3.3 窑墙及吊顶材料选择

由于窑炉材料选择和施工存在的问题，影响了窑炉的保温性能，不仅热耗增加，而且出现大量欠火砖。由此可见，焙烧窑墙体和平吊顶设计非常重要，按照焙烧温度曲线选择适应的窑炉墙体和吊顶料，见图 8、图 9、图 10 和图 11，其中有以下几个特点：

一是窑炉不同区域材料用法不同。图8是窑炉高温段，墙体要求内侧为 230mm 的耐火砖，且砖中氧化铝含量在 40% 以上，容重2.8kg/cm3，而靠近耐火砖的轻质保温砖，耐高温1000℃以上，导热系数应低于0.28W/(m·K)。隧道窑高温区两边为中温区，见图9，内侧230mm耐火砖，且砖中氧化铝含量32%以上，轻质保温砖耐高温900℃；低温段区仅为普通耐火砖，对温度没有严格要求，见图10和图11。

二是高温段平吊顶用众多的高温耐火吊钩吊起，并与上部结构件相连。窑顶最里层为轻型耐火板，耐火温度1400℃，密度1.35kg/cm3；第二层为岩棉，耐火温度 1300℃；第三层为一般纤维，耐火度 1050℃～1150℃。其他中低温段钢吊钩可在 1000℃以下。高温区钢吊钩要承受1200℃高温，主要化学元素为C≤0.1；Ni＞32；Cr＝21；Si＜1。钢吊钩放在陶瓷葫芦部件中，用细骨料配制的耐火混凝土浇筑固定，葫芦内腔靠近高温部位用陶瓷棉填塞，详见图12（高温钢吊钩和耐火陶瓷吊件安装图），不再详述。

设计施工过程中要注意沿窑长方向留好伸缩缝，在缝内填塞石棉绳，缝宽1cm～1.5cm。三是隧道窑各焙烧区墙体和吊顶厚度也不一样。高温区窑墙体总厚度为 725mm(含 200mm 高瓦楞钢板)，平吊顶厚度为685mm，见图8，而低温区墙体总厚度为550mm(含200mm高瓦楞钢板)，墙体相差175mm保温材料。平吊顶厚度为550mm，见图10，相差135mm保温材料。按要求把板状保温材料加工铺设。窑炉吊顶和墙体主要保温材料为两种火山岩矿棉，其密度有所不同。中高温区保温材料为岩棉和陶瓷纤维，吊顶和墙体外部分别为300mm和200mm瓦楞钢板，内铺保温矿棉。

4.3.4 隧道窑各段的长度

隧道窑总长为156.77m，其各段设计长度并不相同，见图13，高温段 55.1m，占窑总长的 35%；中温段与低温段相同，均为(20.3＋11.6)×2＝63.8（m），占窑总长的41%；低温段与中温段相同；进车两端为 27.725＋10.15＝37.875（m），占窑炉总长度的25%。

4.3.5 窑车耐火材料的选择

一是窑车上部接触高温用的耐火砖为堇青石材质。堇青石化学组成为2Mg·2Al2O3·5SiO2，它的特点是抗热震性能稳定，在焙烧学中承受化学变化性能强，具有较低的热膨胀系数，在低温20℃到高温1200℃频繁变化情况下，堇青石仍能保持原有性能。由于材料价格较贵，国内目前用的很少。但由于堇青石耐火砖抗冷热性能好，高温下能保持足够的强度，破损率低，使用寿命长，受到了西方发达国家的认同，普遍将其应用在砖瓦和陶瓷焙烧窑车的重要部位。

二是码窑车坯垛下的垫砖，宜做成大孔、高孔洞率和厚度尺

寸较大的耐火砖，这样利于坯垛下通风，热流运动速度快，窑断面温差也小，保证了产品内在质量和外观颜色的一致性。另外，在窑车底部钢框架上面铺设一层厚度为1.25mm的镀锌波浪形钢板，见图14，并浇注50mm素混凝土，防止窑车下冷空气向上流动和承受上部荷载的要求，上面为 25mm 岩棉板，岩棉板上面为 150mm 膨胀蛭石，再上面为 115mm 耐火轻骨料混凝土。从窑车面上到窑车下依次温度分别为：1150℃ 、1129℃ 、972℃ 、434℃、116℃、84℃和 20℃。其总热阻为 R＝0.133 ＋ d1/λ1 ＋ d2/λ2 ＋……＝0.133 ＋ 0.115 /0.47＋0.15/0.18＋0.025/0.05＋0.05/1＝1.26(m2·K/W)。

R 值愈大，通过保温层材料的热损失愈小，其热阻与材料的厚度d成正比，与导热系数λ成反比。也就是说导热系数愈小，热阻愈大，而传热系数低，保温隔热性能也就愈好。上列计算中分子为材料厚度，分母为材料的导热系数，其导热系数在0.05W/(m·K)～1W/(m·K)之间，厚度在25mm～150mm之间，从计算结果可以看到选材的重要性。

4.3.6 隧道窑及窑车密封设计的几点作法

一是双曲密封。窑车面宽度方向两侧以下耐火砖铺设成双曲密封，相应的窑墙体也应砌成双密封。窑车与窑车之间连接部位也应做成双道密封，更能有效地防止热流流向窑车下，造成窑车因高温而损坏。国内许多厂家恰好不重视窑车的双曲密封，采用单曲密封较多。

二是隧道窑多道门密封。在双鸭山引进线以前，我国隧道窑仅有进车端一道门，出车端无门，而现在大部分砖厂在进出两端各设一道门，但在实际生产中，出车端门常开不关。建议进端双门，出端单门或双门，这样做进车端始终有一道门封闭，打开外面门时里面第二道是封闭状态，当顶车时第二道门打开，第一道处于封闭状态。多道门的密封，阻止了窑外冷风的进入，使烧成曲线更合理，并会降低窑炉的氧含量，对有害物质排放达标更有利。

三是窑车运行坡道密封。这一点往往不会引起重视。曾与法国同行交流时，提出隧道窑两端12m内按千分之二设坡道（见图15），这样做的优点是，坡道产生的重力会使窑车与窑车之间靠的更紧密，而且不会因外力顶推力消失后脱开，即就惯性力脱开，窑车与窑车之间也会瞬时靠紧，更有利于阻断高温气流流向窑车下。

4.4 干燥室和隧道窑的设计调试

干燥室和隧道窑的设计调试，主要是风量、风速、压力和温度的调试，如何找出三者的平衡关系，确定适应自己原料的干燥焙烧曲线，是保证产品烧成质量和产量的关键所在。法国原西方公司设计工程师西米捷尔(CIMETIERE)等多位工程技术人员交流中，他们给出了一些建议，现简述如下：

温度设定是总热量的抽取和输送的重新分配，双鸭山引进线每天烧成的制品砖质量为400t，每小时为17t，每小时干燥室蒸发水分为 17×15%＝2.55t，排除 1kg 水理论上需要 600kcal 热量，考虑热损失等因素，按1000kcal取值计算比较合理，则每小时需要热量为2550×1000＝2550000kcal。干燥室热量分配为三个点，其中出车端送热量为总热量的75%，即为2550000×75%＝1912500kcal/h；第二和第三个点为循环热风，送热量各为总热量的 12.5%，即为 2550000×12.5%＝318750kcal/h。若每公斤气体升高 1℃需热量 0.25cal，℃升到 100℃时的气体质量分别为1912500/24=79700kg 和 318750/24=13280kg。进干燥室坯体温度35℃～40℃，排出气体湿度应大于90%，当温度在20℃时湿度可能达到99%以上，易出现冷凝塌垛。=

干燥室温湿度从进风高温低湿度到排出低温高湿度要循环渐进，不能突然降温度或降湿度，特别是坯体临界含水率点(60℃左右)。法方给出了本地一企业干燥温度曲线，其挤出机工作压力为13.7bar，真空度97%，成型水分22%。当进风温度为107℃时，从进口到排出温度依此分别为 103℃、107℃、89℃、73℃、58℃、45℃、42℃。从降温温度差看，送风端降温较高，湿度逐渐增高，而排出端温度降低较小，湿度增加较快。从进口到排出依此分别降低了4℃、18℃、16℃、15℃、13℃、3℃。进口、排出测点除两端在第一个窑车位外，其余按窑车位均等布置。

设置循环风机应遵循毕格(Bigot)干燥温度曲线，它根据原料塑性而定，而原料塑性间接反映了干燥敏感性，一般情况下塑性越高，收缩也大，干燥敏感性系数相应也较高，产生收缩应力大，干燥难度增加。总的干燥规律应按毕格曲线特点，湿坯体开始升温要慢一些，否则会影响坯体干燥质量。图16为干燥室升温曲线，送风温度 100℃，2/3 处脱水到 8%，干燥室内平均风速为3m/s，进风口可到10m/s，出口降到2m/s。干燥室循环风机的风速为 15m/s～18m/s，单机风量为 22650m3。进风口断面尺寸为0.2m×9.2m，并沿长度方向设在砖坯垛的中间空档。

焙烧压力曲线很重要 ，其衰减速度理论上为每米0.14mmH2O，实际为0.23mmH2O，呈线性函数关系。图17为设计的压力曲线，从中可看出，30mmH2O 的压力经窑门损失掉 10mmH2O，一直延续到零压点。窑车上下压力应基本保持平衡，有利于维持车下温度。国内一些企业经常采用全负压操作焙烧隧道窑，这对建设质量不高的窑炉损伤会小一些，同时产量也高。倡导正负压操作，虽然烧成周期长，影响产量，但产品质量却有保证。

5 结语

综上所述，生产高品质煤矸石烧结制品，不断提高资源综合利用产品的附加值，是企业的追求的目标。要达到这一目标，首先要做好煤矸石原料的前期试验分析，根据当地市场对高端品质烧结墙材制品的需求，确定产品品种和生产规模；二是选择工艺路线，建议高品质产品优先选择二次码烧工艺；三是设备优化选型敢于打破常规，学习和接受发达国家及国内的某些成熟经验，不断开发适应高品质产品发展的新设备和新工艺；四是原料细碎处理要重视颗粒级配的要求，特别是细颗粒的最低要求；五是焙烧窑炉的设计建设，要充分考虑煤矸石原料含碳的这一特点，力求做到“低温长烧、充分燃炭”，消除“黑心压痕”，不断提高煤矸石烧结制品的质量。