一種高效節能的粉煤灰燒結磚的制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種高效節能的粉煤灰燒結磚的制備方法。本發明對頁巖粉的顆粒度級配進行了優化選擇，引入可大規模連續化生產的單層干燥工藝系統，解決了超高摻量粉煤灰燒結磚的干燥過程中碼坯強度低和易變形的問題，并且通過多次攪拌、強制混合、延長焙燒保溫時間等工藝過程，進一步提高了產品的穩定性，成功實現了超高摻量粉煤灰大規模工業化生產，得到燒結磚的成品率高，強度優異，重量進一步減輕，同時有效地降低了燒結能耗。本發明選用由燒結耐火材料制成的窯頂和吊掛結構，提高了窯體的耐酸腐蝕性，能有效適應高硫含量、高碳含量粉煤灰燒結磚的生產，解決了循環流化床電廠的粉煤灰難以利用的難題，提高了資源利用率。
【專利說明】一種高效節能的粉煤灰燒結磚的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種建筑用燒結磚的制備方法，特別涉及一種粉煤灰燒結磚的制備方法。
【背景技術】
[0002]長期以來，我國磚瓦工業的主導產品一直是實心粘土磚，粘土磚的制備存在著毀壞環境、生產煤耗高等問題。而由火電廠產生的粉煤灰年排放量高，堆積占地100多萬畝，污染十分嚴重。而利用粉煤灰等廢棄物制作建筑用磚，是發展節能、節地、利廢、保溫、隔熱的新型墻體材料的主要方向。同時，循環流化床機組作為一種資源節約型的機組，可以有效利用低熱值的能源，但是與此同時，其產生的粉煤灰是一種碳含量較高，難以被水泥、非燒結制品利用的廢渣。如何高摻量、有效地利用電廠粉煤灰，尤其是循環流化床機組粉煤灰，一直是一個技術性難題。
[0003]制作粉煤灰燒結磚時，物料的均化對于磚體的質量至關重要，其中均化的前提是粘結基料的細化。傳統工藝一般采用錘式破碎機、籠式破碎機、高速細碎對輥機對頁巖等粘結劑料進行破碎，細度一般控制在3毫米以下。使用這種粒度的頁巖粉，粉煤灰的摻量一般控制在25 wt%以下，否則將難以達到滿意的產品合格率，產品強度受到影響，同時由于粉煤灰摻量低，焙燒過程還要人工外投較多的優質煤，能源消耗量高。而采用較高的粉煤灰摻量時，粉煤灰燒結磚濕坯強度低、干燥收縮大，殘余水分大，導致在傳統的工藝條件下，濕坯極易變形、開裂，強度低，成品率不高。并且傳統的生產條件下，使用來自電廠的高硫含量的粉煤灰時，對燒結窯窯頂的腐蝕侵害大，窯體的維護和保養費用高，不適于長期大規模的工業化生產。
[0004]因此，為高效利用粉煤灰尤其是大量來自循環流化床電廠的粉煤灰，提供綠色環保的建筑擦料，仍需要進一步對物料的選擇，以及相應的混料、干燥、成型、燒結等工藝進行改進。
【發明內容】
[0005]為克服傳統的粉煤灰燒結磚制作工藝的缺陷，提升產品質量和性能， 申請人:經過長期研究，提出了本發明的粉煤灰燒結磚的制備方法，其包括原料準備、混料、陳化、成型、干燥、和焙燒步驟，其中:
所述原料準備步驟包括:將頁巖送入破碎機進行破碎，而后送入磨粉機進一步的細化處理，細化處理后的頁巖粉的粒度在2mm以下,其中Imm以下的顆粒至少占80 wt% ;按照一定配料比例準備粉煤灰和細化處理后的頁巖粉，所述配料比例為，粉煤灰占粉煤灰和細化處理后的頁巖粉的總重量的為62-78 wt% ；
所述干燥步驟包括:采用大斷面隧道式單層干燥室進行干燥，成型的磚坯在干燥室內單層碼放，磚坯之間無疊壓，干燥室的送風溫度為110~130°C，干燥時間為36至48小時；所述焙燒步驟包括:在大斷面隧道窯中進行，燒成溫度為1050-1100°C，整個焙燒時間為42-50小時。
[0006]進一步，所述原料準備步驟中的破碎機為錘式破碎機、或高速細碎對輥機中任一種，磨粉機為擺式磨粉機。優選地，所述細化處理后的頁巖粉中，粒度小于0.25mm的占35-45 wt%0
[0007]通過破碎后再粉磨的操作，一方面可以有效地降低頁巖粉的粒度、并提升顆粒的粒度均勻性；另一方面，經過粉磨后，頁巖粉顆粒中的尖銳邊角被磨去，大部分呈現出近球形的形狀。在同樣的粒度下，球形顆粒與粉煤灰之間的級配性更好，所形成的粘結骨架結構均勻、強度好，有利于高摻雜量粉煤灰的實現。此外，細小的球形顆粒的表面活性高，更利于燒結過程的進行，可以降低燒結能耗，并也有利于燒結強度的提高。而在控制顆粒級配上，經過反復試驗，發現只需要頁巖粉的粒度在2mm以下，其中Imm以下的顆粒至少占80 wt%,粒度小于0.25mm的占35-45 wt%，就可以達到良好的效果，而不必過細，否則會造成非常大的設備成本和細化處處理所需的電耗。
[0008]進一步，所述混料步驟包括:依照原料準備步驟中的配料比例，將粉煤灰和細化處理后的頁巖粉送入棒式混料機，進行混合處理；混合均勻后，送入第一道雙軸攪拌機中，加常溫水進行攪拌；攪拌均勻后，送入第二道雙軸攪拌機中，以粉煤灰和細化處理后的頁巖粉的總重量計加入13-20 wt%的80 oC以上熱水或水蒸汽進行攪拌。
[0009]通過混料-攪拌-再攪拌，可以有效提高原料混料的均勻性，使得頁巖粉顆粒均勻地分布在粉煤灰中，有利于成型和燒結強度的提高。此外，還可以通過重復上述混料-攪拌-再攪拌的步驟2-3次，進一步提高混料效果。混料后的陳化時間優選為72小時以上。對磚坯的成型則優選采用雙級真空擠磚機擠出成型，擠出壓力為2.5~3.5MPa，擠磚機的真空度為-0.15 Mpa~-0.09Mpa，如此得到的泥條密實而表面光潔，得到產品質量更優。
[0010]進一步，所述干燥步驟中，采用塔式送風器將干燥熱風送入干燥室，并通過自動化裝卸載系統控制的指狀叉車將成型的磚坯碼放至干燥車上；所述干燥車上固定設置有多層托盤，每層托盤上只碼放單層磚坯，相鄰兩層托盤之間的距離為碼放的磚坯高度的至少1.5倍；待干燥完成后，通過自動化裝卸載系統控制的指狀叉車進行卸載。
[0011]傳統干燥室為疊壓碼放、采用送熱風機送熱，坯體易變形、干燥效率較低、效果較差、合格率較低。本發明采用固定設置多層托盤的干燥車，實現了大批量、單層干燥工藝，與傳統的隧道干燥室結構相比而言，坯體之間無任何疊壓，大幅提高了干燥接觸面，徹底消除了因加入塑性較低的粉煤灰疊壓變形的風險；同時采用的塔式送風器將干燥介質送入干燥室，形成強烈的側向擾動和循環，大幅提高了干燥效果。此外，采用大斷面隧道干燥室，有利于干燥氣體在磚坯之間的充分流動，并有助于溫度場的均勻化，進一步提高了干燥質量。采用上述干燥工藝，干燥合格率為99%以上(傳統干燥室使用傳統原料合格率僅為85%到90%)，表現為殘余水分低，僅為2~4% (傳統干燥室殘余水分為6~8%)。
[0012]進一步，所述焙燒步驟中使用的大斷面隧道窯的窯頂和吊掛采用T型燒結耐火磚結構，斷面寬度為6.4-7.0m,優選為6.9m,并且所述焙燒步驟包括第一階段升溫、第二階段升溫、和保溫工序。第一階段升溫工序為以35-40°C/小時的速度升溫至第一階段升溫結束溫度，所述第一階段升溫結束溫度為600°C-650°C，第二階段升溫工序為從第一階段升溫結束溫度以7(T90°C/小時的速度升溫至燒成溫度，保溫工序為在燒成溫度保持恒溫直到焙燒結束。
[0013]傳統的隧道窯頂，普遍采用“耐熱混凝土結構吊頂”，其耐熱水泥中含有較高的堿性，而粉煤灰，尤其是循環流化床粉煤灰含硫量較高，燒結過程中會產生酸性氣體，極易破壞耐熱混凝土吊頂結構，同時傳統的窯頂結構采用耐熱鋼吊鉤，對于酸性腐蝕防御性也較差。
[0014]本發明使用T型吊掛耐火磚結構。T型吊掛結構采用設計好的T型耐火材料，交由耐火材料廠按要求的模具成型并燒結制出高鋁質T型耐火磚，再由耐熱鋼構固定在次梁(H梁)上，形成一個方陣式的隧道窯窯頂，其之間的空隙及其之上的復合結構，采用一定量的普通型硅酸鋁纖維氈、火山巖棉、等密封和覆蓋，形成一個完整的窯頂結構。這種窯頂結構由耐火磚直接接觸火焰，不但耐高溫，還解決了抗腐蝕性的問題和熱應力釋放的問題。其對于粉煤灰的酸性有極強的免疫力，大幅提高了隧道窯的使用壽命，特別適合原料中粉煤灰摻雜量較高的情況，能做到基本免維護，有效解決了傳統隧道窯耐酸性低、維護頻繁、維護成本高等缺陷。
[0015]本發明中還對升溫過程進行了精細化的控制，通過精確分段控制升溫和燒結工序，使得坯體中的揮發質在受控的速度下的得到有效地排除，并使得升溫過程中磚坯內部的溫度場分布和變化更為均勻，有效降低了燒結變形和收縮情況，進一步提高了成品率和成品強度。
[0016]此外，本發明的原料中，還可以進一步加入煤矸石成分。
[0017]本發明的上述方案，即可以用于制造多孔磚、空心磚，也可用于制造實心磚。
[0018]總體上，本發明通過對頁巖粉的顆粒度級配進行了優化選擇，引入可大規模連續化生產的單層干燥工藝系統，解決了超高摻量粉煤灰燒結磚的干燥過程中結構和強度穩定性的問題，并且通過多次攪拌、強制混合、分段加熱保溫等工藝過程，進一步提高了產品結構的穩定性，成功實現了超高摻量粉煤灰大規模工業化生產，得到燒結磚的成品率高，強度優異，重量進一步減輕，同時有效地降低了燒結能耗，并提高了制備效率，從而有利于粉煤灰燒結磚的進一步推廣和應用，極具產業應用和市場價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1隧道式單層干燥室剖面示意圖。
[0020]1-排潮風機，2-送風熱管，3-塔式送風器，4-送風砌體，5-干燥車。
【具體實施方式】
[0021]實施例1:
按重量份備料:
物料名稱重量份
粉煤灰62份
硬質頁巖38份
將硬質頁巖送入錘式破碎機中破碎，而后送入擺式磨粉機進行進一步細化處理，細化處理后的頁巖粉的粒度在2mm以下，其中Imm以下的顆粒占82 wt%,0.25mm以下的顆粒占35 wt%0將粉煤灰和磨細后的頁巖粉送入到送入棒式混料機，進行混合處理；混合均勻后，送入第一道雙軸攪拌機中，加常溫水進行攪拌；攪拌均勻后，送入第二道雙軸攪拌機中，以粉煤灰和細化處理后的頁巖粉的總重量計，加入15 wt%的90度的熱水進行攪拌。
[0022]之后，將攪拌后的物料送入陳化庫陳化72小時以上。將陳化好的物料通過雙級真空擠磚機擠出成型，擠出壓力為3.5MPa，擠磚機的真空度為-0.15 Mpa0
[0023]將成型的磚坯送入大斷面隧道式單層干燥室干燥，具體為由指狀叉車放至固定設置有多層托盤的干燥車5上，每層托盤上只碼放單層磚坯待。送風熱管2連接塔式送風器3和送風砌體4。采用塔式送風器3將熱風送入干燥室內，風溫度為125°C，干燥時間為40小時，干燥后的殘余含水率為2.5 wt%。塔式送風器3將隧道窯送來的熱風送到干燥室最底層，達到充分換熱的效果。干燥后產生的潮濕空氣將由干燥室尾部的排潮風機I排出。干燥車5采用多層托架式干燥車5，每一層托架只放置一層產品，無任何疊壓，規避了粉煤灰原料制成的濕坯強度低、易因疊壓變形的問題。
[0024]干燥完成后，通過自動化裝卸載系統控制的指狀叉車進行卸載，并將磚坯送入斷面寬度為6.9m的大斷面隧道窯進行焙燒。首先以35°C/hour的速度升溫至為620°C，之后以85°Chour的速度升溫至1050°C并在此溫度保溫，整個焙燒時間為48小時。焙燒完成后自然冷卻，即得到本發明的高摻量粉煤灰燒結磚。
[0025]實施例2:
按重量份備料:
物料名稱重量份
粉煤灰65份
硬質頁巖35份
將硬質頁巖送入錘式破碎機中破碎，而后送入擺式磨粉機進行進一步細化處理，細化處理后的頁巖粉的粒度在1.8mm以下，其中1.5mm以下的顆粒占85 wt%,0.25mm以下的顆粒占40 wt%0將粉煤灰和磨細后的頁巖粉送入棒式混料機，進行混合處理；混合均勻后，送入第一道雙軸攪拌機中，加常溫水進行攪拌；攪拌均勻后，送入第二道雙軸攪拌機中，以粉煤灰和細化處理后的頁巖粉的總重量計，加入18%的水或水蒸汽進行攪拌。
[0026]之后，將攪拌后的物料送入陳化庫陳化72小時以上。將陳化好的物料通過雙級真空擠磚機擠出成型，擠出壓力為3 MPa，擠磚機的真空度為-0.1 Mpa0
[0027]將成型的磚坯送入大斷面隧道式單層干燥室干燥，具體為由指狀叉車放至固定設置有多層托盤的干燥車5上，每層托盤上只碼放單層磚坯待。送風熱管2連接塔式送風器3和送風砌體4。采用塔式送風器3將熱風送入干燥室內，風溫度為115°C，干燥時間為48小時，干燥后殘余含水率為2.2 wt%。塔式送風器3將隧道窯送來的熱風送到干燥室最底層，達到充分換熱的效果。干燥后產生的潮濕空氣將由干燥室尾部的排潮風機I排出。干燥車5采用多層托架式干燥車5，每一層托架只放置一層產品，無任何疊壓，規避了粉煤灰原料制成的濕坯強度低、易因疊壓變形的問題。
[0028]干燥完成后，將磚坯送入斷面寬度為6.9m的大斷面隧道窯進行焙燒。首先以38°C/hour的速度升溫至為600°C，之后以90°C/hour的速度升溫至1100°C并在此溫度保溫，整個焙燒時間為44小時。焙燒完成后自然冷卻，即得到本發明的粉煤灰燒結磚。
[0029]實施例3:
按重量份備料:
物料名稱重量份粉煤灰70份粘土30份
其余制備工藝與實施例1相同，區別僅在于使用高速細碎對輥機進行粘土的破碎，并將燒成溫度設定在1080°C實施例4:
按重量份備料:
物料名稱重量份
粉煤灰72份
硬質頁巖28份
其余制備工藝與實施例1相同，區別僅在于干燥室的送風溫度為128°C，干燥時間為38小時，并將燒成溫度設定在1070°C實施例5:
按照實施例2的工藝制備，區別僅在于按照如下步驟進行焙燒:以40°C/hour的速度升溫至為650°C，之后以70°C/hour的速度升溫至1100°C并在此溫度保溫，整個焙燒時間為42小時。焙燒完成后自然冷卻，即得到本發明的粉煤灰燒結磚。
[0030]以上所述的實施例并不構成對該技術方案的保護限定，對于本發明所述【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種粉煤灰燒結磚的制備方法，包括原料準備、混料、陳化、成型、干燥、和焙燒步驟，其特征在于: 所述原料準備步驟包括:將頁巖送入破碎機進行破碎，而后送入磨粉機進一步細化處理，細化處理后的頁巖粉的粒度在2mm以下,其中Imm以下的顆粒至少占80 wt% ;按照一定配料比例準備粉煤灰和細化處理后的頁巖粉，所述配料比例為，粉煤灰占粉煤灰和細化處理后的頁巖粉的總重量的為62-78 wt% ； 所述干燥步驟包括:采用大斷面隧道式單層干燥室進行干燥，成型的磚坯在干燥室內單層碼放，磚坯之間無疊壓，干燥室的送風溫度為110~130°C，干燥時間為36至48小時； 所述焙燒步驟包括:在大斷面隧道窯中進行，燒成溫度為1050-1100°C，整個焙燒時間為42-50小時。
2.權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述原料準備步驟中的破碎機為錘式破碎機、高速細碎對輥機中任一種，磨粉機為擺式磨粉機。
3.權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述細化處理后的頁巖粉中，粒度小于0.25mm 的占 35-45 wt%。
4.權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混料步驟包括: 依照原料準備步驟中的配料比例，將粉煤灰和細化處理后的頁巖粉送入棒式混料機，進行混合處理；混合均勻后，送入第一道雙軸攪拌機中，加常溫水進行攪拌；攪拌均勻后，送入第二道雙軸攪拌 機中，以粉煤灰和細化處理后的頁巖粉的總重量計，加入13-20被％的80 oC以上熱水或水蒸汽進行攪拌。
5.權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述陳化時間為72小時以上。
6.權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述成型步驟采用雙級真空擠磚機擠出成型，擠出壓力為2.5~3.5MPa，擠磚機的真空度為-0.15 Mpa~-0.09Mpa。
7.權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述干燥步驟中，采用塔式送風器將干燥熱風送入干燥室內。
8.權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述干燥步驟中，通過自動化裝卸載系統控制的指狀叉車將成型的磚坯碼放至干燥車上；所述干燥車上固定設置有多層托盤，每層托盤上只碼放單層磚坯，相鄰兩層托盤之間的距離為碼放的磚坯高度的至少1.5倍；待干燥完成后，通過自動化裝卸載系統控制的指狀叉車進行卸載。
9.權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述焙燒步驟中使用的大斷面隧道窯的窯頂和吊掛采用T型燒結耐火磚結構。
10.權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述大斷面隧道窯的斷面寬度為6.4-7.0m，優選為 6.9m。
11.權利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述焙燒步驟包括第一階段升溫、第二階段升溫、和保溫工序，其中: 第一階段升溫工序為以35-40°C/小時的速度升溫至第一階段升溫結束溫度，所述第一階段升溫結束溫度為600°C-650°C ； 第二階段升溫工序為從第一階段升溫結束溫度以7(T90°C/小時的速度升溫至燒成溫度； 保溫工序為在燒成溫度保持恒溫直到焙燒結束。
【文檔編號】C04B18/08GK104129972SQ201410352207
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】趙逸川 申請人:趙逸川