烧结制品尺寸偏差分析

随着国家“禁粘禁实”政策的实施和大力推广“新型节能环保墙体材料”，烧结页岩多孔制品得到广泛的生产和应用。但是在实际生产和应用的过程中，尺寸偏差是一个最容易被忽视却又真实存在的问题。
　　经笔者统计，所在省份烧结砖实际尺寸平均偏差普遍偏小约4%，如公称尺寸为240而实际尺寸为230左右(因地区原材料及工艺不同而略有1～2mm差异)，而样品极差并没有太大问题，大部分均能达到国家相应标准的要求。现就该现象做如下分析。
　　1产生问题的主要原因
　　1．1生产工艺因素
　　主要是指砖瓦挤出机芯具设计不合理，往往以产品公称尺寸为芯具设计尺寸，并没有将产品由坯变砖所产生的收缩计算在内。产品尺寸偏小的企业往往挤出机挤出砖坯尺寸正好为产品的公称尺寸，但是经过烘干，焙烧之后，砖坯产生了一系列物理和化学变化，坯体收缩，最终导致尺寸偏差无法达到国家标准要求。样品极差是指产品尺寸的变化范围，具体是指最大尺寸与最小尺寸之间的差值。样品极差不合格的企业往往是烧成温度不稳定造成的:焙烧温度太高，产品熔融、膨胀，极度软化，最终过火，变形;焙烧温度太低，产品未完成烧结，强度低、吸水率大、耐久性差。因此合理控制焙烧温度，是产品质量的保证。
　　1．2原材料因素
　　1．2．1化学成分的影响
　　能影响砖坯尺寸收缩的主要成分有:(1)二氧化硅(SiO2)。影响
　　原料的可塑性，含量高可减少砖坯干燥收缩和烧成收缩，利于快速干燥，但制品抗压强度相应降低;含量低满足不了硅酸盐矿物固相反应的要求，制品的抗折强度降低。(2)三氧化二铝(Al2O3)。影响焙烧温
　　度，含量高制品的耐火度也会升高，但抗冻性能变差;含量少，也会使制品的抗折强度低。(3)氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。钙和镁是以碳酸盐形式存在于原料中，是强烈的助融剂，会使坯体的烧结温度范围减小，降低制品的耐火度，并使制品多孔。(4)烧失量。也会影响原料的可塑性，烧失量高会使制品干燥后强度较高，干燥收缩变大，如果干燥速度快，则易开裂，带来的好处是制品孔隙率较高。因此要求原料烧失量在合理范围之内。
　　氧化铁(Fe2O3)和三氧化硫(SO3)基本不对尺寸有影响，不作说明。
　　1．2．2颗粒等级的影响
　　大于0．02mm的颗粒基本没有粘结性能，在干燥和焙烧过程中起支撑作用，它的比例影响坯体成型、干燥和焙烧性能。如原料中含量少，则成型比较容易，但干燥比较困难，焙烧温度降低;反之则成型比较困难，但干燥比较容易，焙烧温度提高。
　　0．02～0，002mm的颗粒有一定的粘结性能，但干燥后松散，它在坯体和成型过程中，一方面起支撑作用，另一方面起填充作用。
　　小于0．002mm的颗粒有粘结性能，干燥后结合力强。在坯体成型和焙烧过程中起填充作用，遇水可产生可塑性。但黏粒太多会使干燥困难。
　　2原料按作用划分
　　生产烧结的主要传统原料是黏土。但是随着国家相关政策的颁布与出台，利用页岩烧砖，既可解决原料的来源问题，又能开山造田。笔者所在省份具有一定规模的烧结砖生产企业均以页岩为主要原料，再掺入一定比例的内燃料，少部分企业还会加入一定量能改善原料性能的添加剂，取得了不错的效果。
　　2．1塑化料
　　是能提高原料的可塑性、结合能力和流动性的添加材料．常见烧结砖中的塑化料为高塑性粘土和页岩。
　　2．2瘠性料
　　是能降低原料可塑性、使成型料的粒度粗化的添加材料。它的掺入一般起到降低干燥收缩率的作用，瘠性料还可使过软的泥料变硬。
　　煤矸石、粉煤灰、碎砖末、废坯粉、塑性低的页岩以及各种工业废渣都常被用来做瘠性料。
　　2．3强化料
　　能提高原料的干强度及产品强度的添加剂称为强化料。通常，瘠性料能减小干燥收缩，但往往同时减小原料的干强度。人们期望既减小干燥收缩，避免干燥过程中发生弯曲变形，又保证坯体具有一定的干强度，以免在以后坯体的转运过程中发生破损。
　　2．4助熔料
　　能降低原料的熔点，使高温下坯体内玻璃相增加的添加剂，称为助熔料。
　　2．5抗焙烧变形料
　　有助于扩展烧结范围，提高产生急剧变形温度的添加料，称为抗焙烧变形料。坯体在高温荷重下，保持其形状的性能称为抗焙烧变形性，也叫耐火稳定性。
　　3解决办法
　　3．1设备硬件方面
　　增大挤出机芯具，增大比例根据实际原材料干燥和烧成收缩进行调整(经统计大部分企业的产品由坯变砖的总收缩在5%左右)。但是并不能盲目增大砖坯尺寸，增大砖坯尺寸势必对码坯，干燥及焙烧工艺提出更高的要求。值得指出的是:增大砖坯并不会使坯垛垮塌。有些人可能认为增大砖坯会使坯垛垮塌，理由是增大砖坯体积势必增加砖坯重量，使最低层需要承受更大的重量，其实这是不正确的，底层砖坯承受的重量与整个码坯高度有关的，因为窑面到窑顶是固定不变的，所以码坯的高度也是只能降低不能升高，因此增大砖坯尺寸甚至会降低整个坯垛的高度。以对码坯要求相对较高较常见的3－4米断面一次码烧隧道窑为例:设计断面3－4米一次码烧隧道窑一般生产190*190*90mm砖型码坯8层，码坯高度为1．52m，加上顶层通风高度10cm，整个码坯高度为1．62m。如果增大砖坯尺寸5%，每块砖坯尺寸为200*200*95mm，如果码8层顶层通风只有2cm，现阶段窑顶平面的精度和轨道及窑车的要求无法与之匹配，所以这种情况更多的是将最顶层砖坯进行横向摆放，经过计算码坯高度为1．5米，比之前码坯高度还降低了2cm。由此可见增大砖坯尺寸并不会对底层砖坯施加更大的压力造成坯垛垮塌。
　　3．2严格遵循烘干制度
　　坯体干燥过程可分为以下四个阶段:(1)加热阶段。成型之后的砖坯，干燥之前为环境温度，进行干燥程序，坯体表面温度逐渐升高，干燥速度变快，直到坯体温度等于干燥介质湿球温度。此时传递给坯体的热量恰好等于坯体表面水分蒸发所需要的热量，达到热平衡，进入等速干燥阶段。(2)等速干燥阶段。该阶段是干燥的重要阶段，为排除自由水阶段。该阶段由于排除自由水，坯体产生收缩，所以在操作上应特别注意，若有不慎，坯体极易产生开裂、变形、增加废品率。(3)降速干燥阶段。为大气吸附水排除阶段，坯体的含水率达到临界含水率。
　　因为该阶段排除的主要是大气所吸附的水分，所以坯体不再收缩，不会出现干燥废品。(4)平衡阶段。进入该阶段后，坯体主要是大气平衡水，水分蒸发和吸附速度相等，干燥过程终止。以上四个阶段是在恒定干燥条件下进行的，在实际生产中，则必须强调均匀进车，如进车间隔时间过短或连续进车，坯体很快就被推到高温热介质区域，坯体表面急速脱水，水分外扩散大于内扩散，致使坯体内外收缩不一致而产生裂纹。此外，由于进车太多，进车端的热烟气温度下降，湿度上升又可能引起砖坯结露，湿塌;反之，当长时间不进车时，进车端的热烟气温度升高，湿度降低，排潮湿度降低，热量损失增加，当再次进车时，湿坯遇到高温低湿烟气，又会因急剧脱水而产生裂纹。
　　3．3严格控制窑内温度
　　当窑内温度超过900℃时，坯体开始烧结:随着物料的玻璃化，坯体表面开始呈现光泽;部分颗粒熔融软化，坯体变得密实，气孔率降低，体积收缩。以上为制品的烧结过程。这时的温度叫烧结温度。温度再升高，制品将极度软化，这时的温度称为耐火度。这时制品开始熔融和膨胀，达到这个温度时，制品已过火。原料的烧结温度与耐火度之间的温度差数，叫做原料的烧成温度范围。严格来说，烧结温度范围是指在焙烧过程中不造成产品质量(尺寸，性能)下降的烧结温度波动范围。
　　因为在最终进行的烧成阶段中，窑内的温度总是在一定范围内波动，同一坯垛之中也存在温差，所以除了最高允许烧成温度外，可利用的烧成温度范围也是实际生产中非常重要的工艺参数。由此可见，窑内温度既不能太高，也不能太低，尤其是同一窑车的不同位置的温度也必须在合理的范围之内。温度太高，制品容易坍缩，变形;温度太低，制品无法完全烧结，性能降低;同一窑车温差很大，同一批次的砖差异性太大，成品率太低。
　　3．4加强原材料成分的稳定性
　　有些企业因为外界条件的限制，原材料的来源并不稳定，造成原材料的化学成分波动，而每种矿物的性质也大不相同，这对于烧结砖企业生产是非常不利的，往往生产优质产品的企业原材料的可开采量都在30年甚至50年以上。
　　3．5加强原材料处理
　　原材料处理可以采用风化和陈化两种处理方式:(1)风化。是将原料堆放在自然环境中，受到自然环境、气候的作用，原料松解崩裂，颗粒变得更小更细，可溶性盐也被冲洗一部分，可塑性提高，其他工艺性能也得到改善。这种做法对硬度较大的页岩及煤矸石意义更大，即使发达国家机械化程度较高的企业，为了生产更高品质的产品，风化也是常用的手段。(2)陈化。是将粉磨至所需细度的原料加水浸润，使其进一步疏解，促使水分分布均匀。这不但能改善原料的成型性能，而且可以改善原料的干燥性能，提高产品品质。并且陈化库还兼有中间储料的作用，不至于因设备及天气等不可预料的因数导致全线停产，对维持连续正常生产提供了保证。
　　烧结砖的生产是个系统而又复杂的过程，并不是简简单单改变某一方面即可取得效果的，必须要考虑各个方面的因素。尺寸偏差看似简单，但是从原料到生产工艺都可以影响烧结砖的尺寸，只有多尝试，多实验，这一大部分企业都普遍存在的问题终会得到解决。