吳俊良

(佛山市德力泰科技有限公司 廣東 佛山 528137)

前言

發(fā)泡陶瓷原料由工業(yè)廢棄物(如瓷磚的拋光廢料、礦渣、鋼渣等)、低質(zhì)粘土(包括淤泥)和無機發(fā)泡劑(如碳化硅粉等)等組成，通過高溫發(fā)泡形成多孔結構(閉孔，含水率接近0，體積吸水率小于1.5%)，達到要求的保溫隔熱、消音、防水、防潮、防霉等性能，屬于綠色環(huán)保材料，主要用于建筑墻體(尤其是裝配式建筑物的隔墻板和外墻隔熱層，導熱系數(shù)可低于0.10 w/m·k，燃燒性能達到國家耐火材料A1級)、冶金行業(yè)保溫、防腐、地鐵站消音等行業(yè)，是“變廢為寶”的新材料。

佛山市某科技有限公司是發(fā)泡陶瓷生產(chǎn)裝備的重要供應商，也是制訂《發(fā)泡陶瓷單位產(chǎn)品能源消耗限額》和《發(fā)泡陶瓷隧道窯》等行業(yè)標準的主要參編單位。筆者早在2011年就為江蘇一方科技發(fā)展有限公司研究、制造了“雙子星隧道窯”，并于2012年獲得了2件授權專利：“一種新型節(jié)能隧道窯燒成系統(tǒng)”(專利號：ZL201220027451.0)、“一種輕便、節(jié)能的隧道窯窯車”(專利號：201220027901.6)，可以說是發(fā)泡陶瓷產(chǎn)業(yè)化及其配套裝備發(fā)展進步的見證者，下面將根據(jù)現(xiàn)有情況、結合自身體會和設備應用情況進行介紹，以供同行參考。

1 發(fā)泡陶瓷的主要生產(chǎn)工藝

不同企業(yè)的原料配方和生產(chǎn)工藝會有所區(qū)別，下面以國內(nèi)某發(fā)泡陶瓷企業(yè)的情況為例進行介紹：

該企業(yè)的發(fā)泡陶瓷原料主要為陶瓷磚的拋光廢渣(拋光磨頭的碳化硅也是發(fā)泡劑之一)，輔助發(fā)泡劑，經(jīng)過精準稱重、配料再以寬皮帶輸送到球磨機、加水后研磨到工藝要求的細度時采用壓縮空氣加壓并快速放入漿池，接著通過隔膜泵或柱塞泵抽出過篩后(少量產(chǎn)品需要除鐵)進入存漿池進行混合、均化，然后送到中轉(zhuǎn)漿池待用，此階段屬于漿料制備工序。

制粉時，用柱塞泵將中轉(zhuǎn)漿池的泥漿送到噴霧干燥塔用600 ℃左右的熱風進行干燥和造粒，過篩后由寬皮帶送入料倉存放及陳腐待用，此階段為制粉工序。

陳腐合格的粉料由寬皮帶送到布料機對窯車上的每層?？?由墊板、圍邊板等窯具拼接而成，上面鋪高溫陶瓷紙防止粉料熔化后粘板、腐蝕和損壞墊板，以碳化硅支柱、梁作為支撐)進行裝料、布料，再由步進機通過軌道將裝載粉料的窯車送到窯內(nèi)燒成。出窯后由卸圍邊機自動卸圍邊、卸板機自動卸下燒好的發(fā)泡陶瓷板，結束后重裝圍邊，放上新的陶瓷紙，由窯車運行到裝料位置繼續(xù)布料，如此循環(huán)往復，每天24 h連續(xù)生產(chǎn)。

卸下的發(fā)泡陶瓷板材經(jīng)多層疊裝于軌道式托盤架上送去冷加工，如板面銑平，根據(jù)用戶需求切割成不同規(guī)格、形狀、進行開槽和表面裝飾(如涂層、粘結花紋、加工成復合結構)等。冷加工過程的表面水需要進行干燥，然后才能包裝、儲存、發(fā)貨出廠。

從生產(chǎn)流程看，漿料、粉料制備過程比較復雜，如果發(fā)泡陶瓷企業(yè)能夠借鑒瓷磚干法造粒工藝，相信既可以減少工序，也能大幅降低制造成本。

生產(chǎn)工藝流程參見圖1。

圖1 發(fā)泡陶瓷主要生產(chǎn)工藝

2 高能效隧道窯及自動化裝卸設備

上圖1中的大多數(shù)設備、工藝與陶瓷磚、日用瓷等生產(chǎn)類似，如原料制備、制粉工序、冷加工等是比較成熟的，但由于該產(chǎn)品燒之前為粉料，裝載于鋪有陶瓷紙的窯具上，經(jīng)過高溫燒成為液相，在發(fā)泡劑的作用下形成閉孔，冷卻后結塊形成板材，因此裝料、卸板和燒成工藝及裝備與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式有明顯差異，需要重新開發(fā)。早期的隧道窯只能裝單層，產(chǎn)量??；布料和卸板為“機械+人工”的方式，卸圍邊全部是人工，存在用人多、效率低、布料不均、卸板過程損耗大等問題。德力泰公司通過不懈努力，終于研究出“高能效隧道窯及自動化裝卸設備”解決了這些問題，已取得了獲得用戶認可的良好效果，下文將重點介紹一下在這方面的裝備技術。

圖2為發(fā)泡陶瓷燒成區(qū)域的平面布局示意，主要表達了布料環(huán)節(jié)Ⅰ、燒成窯爐Ⅱ、卸板工序Ⅲ及冷加工等設備。

圖2 發(fā)泡陶瓷燒成區(qū)域平面布局示意

2.1 自動布料機

針對面積大的板材(如3000 mm×1 800 mm等)，設置移動架、料斗、傳輸機構、布料機構、托渡機構、平移送料機構、翻轉(zhuǎn)斗、左右刮料機構(位于輸送皮帶與翻轉(zhuǎn)料斗之間)、料位檢測等裝置。工廠的料倉放料至升降翻轉(zhuǎn)料斗，當盛料至預設料位后，由料位探針發(fā)出信號，則料倉停止放料。當窯車到達預定位置后，平移滑板機構帶動升降翻轉(zhuǎn)料斗、皮帶布料機開始整體向窯車方向行進(由已經(jīng)伸入每層空間位置、帶輥輪的托渡機構支撐，以防止懸空的布料機無下垂和變形)，到達預定位置后升降料斗降至合適高度(即滿足布料厚度)，翻轉(zhuǎn)料斗翻料至皮帶機，由皮帶機帶動粉料進入窯車?？騼?nèi)腔。當翻轉(zhuǎn)斗內(nèi)料位傳感器感應到料后，布料輸送帶向后退開始布料。此時平移滑板機構左右移動，將料均勻的刮到整個翻轉(zhuǎn)斗上，布料完成輸送帶退回原位，液壓支撐機構回位，同時完成了每層的布料。結束后再布下一輛窯車，如此往復，每天不間斷工作，能夠確保窯爐連續(xù)燒成。窯車定位及布料機動作與窯爐回車線配套系統(tǒng)聯(lián)鎖，以保證設備運行安全。

主要技術參數(shù)：

裝料層數(shù)：3層；

布料周期<2.5分鐘/次(24小時連續(xù)運行)；

平面度≤1 mm(以紅外線水平儀檢測)；布料平整、無明顯痕跡、四邊無缺料、無堆積；

尾料，末端500 mm寬度范圍堆積高度≤2 mm；末端30 mm寬度范圍堆積高度≤30 mm；

每層布料寬度、高度可根據(jù)實際需要獨立進行調(diào)節(jié)；整個過程基本無需人工干預，見圖3、圖4。

圖3 布料機結構示意圖

2.2 隧道窯

發(fā)泡陶瓷板及配套窯具以砌筑有耐火保溫層的窯車金屬框架承重，與輥道窯輥棒的兩個支點承重相比，隧道窯的承載能力較強，并且僅僅是窯車移動，產(chǎn)品處于相對靜止的狀態(tài)，有利于產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，因此本項目采用隧道窯燒成。該隧道窯的每輛窯車上裝載3層產(chǎn)品，與現(xiàn)有裝燒單層的結構相比，產(chǎn)量翻了3番。

針對窯爐結構，根據(jù)發(fā)泡陶瓷由粉料熔化后發(fā)泡而成的工藝特點，進窯后不存在坯體開裂的問題，具有在窯具承受范圍內(nèi)可以快速升溫的優(yōu)勢，因此一進窯的溫度就達到300 ℃以上，并在窯車運行過程中短時間內(nèi)升至最高燒成溫度，可以大幅縮短燒成過程；但由于該產(chǎn)品保溫性能較好，降溫后內(nèi)部熱量難以釋放，內(nèi)外溫差大，控制不好極易開裂，因此將冷卻帶的長度比例提高到整體窯長的65%以上(常規(guī)陶瓷冷卻占比在40%以內(nèi))，即在窯長不變的情況延長冷卻時間(縮小產(chǎn)品內(nèi)外溫差，減少應力)，以最大可能縮短燒成周期，增大產(chǎn)量。

圖4 布料機應用情況局示意

該窯每天的有效產(chǎn)量可達250 m3,單位產(chǎn)品的耗氣量僅為80 Nm3～85 Nm3[或(225.85～240) kgce/t板]。與現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)大部分單線產(chǎn)量僅為150 m3，低的在100 m3以下，該窯可增產(chǎn)67%，與單位燃耗超過105 Nm3(高的在120 Nm3以上)的產(chǎn)品相比，該窯的節(jié)能幅度超過了20%，能夠為國家“2030年、2060年分別實現(xiàn)碳達峰、碳中和”的目標貢獻一份力量，見表1、圖5～圖7。

表1 項目隧道窯主要參數(shù)

續(xù)表1 項目隧道窯主要參數(shù)

圖5 項目隧道窯分區(qū)示意

2.3 卸板機

圖6 隧道窯及窯車運行情況

針對卸板，采取無需拆卸上層硼架的卸板機構進行。設有機架、上層夾板系統(tǒng)、下層升降系統(tǒng)、滑移托輪機構、托板平移機構等，當窯車帶著發(fā)泡陶瓷板進入準確的卸板位置后，下層升降系統(tǒng)連同滑移托輪機構、托板平移機構一起下降到上層發(fā)泡陶瓷板下方的位置。上層夾板系統(tǒng)下降，由夾臂將上層發(fā)泡陶瓷板夾起并升降一定的位置。此時下層升降機架上的兩套滑移托輪機構分別由外向內(nèi)對中，滑移機構到位后，同樣下層升降架上的托板平移機構移向上層發(fā)泡陶瓷板的下方，此時上層夾板系統(tǒng)下降將上層發(fā)泡陶瓷板放到托板機構上，并由托板機構移出，再由后繼的機械手堆放發(fā)泡陶瓷板，完成后滑移托輪機構退回。以此動作完成下面幾層發(fā)泡陶瓷板的卸板工作，卸完后空窯車離開。

卸板周期<2分鐘/塊，能夠滿足該窯的產(chǎn)量要求。卸發(fā)泡陶瓷板時，不需要拆每層的墊板，效率高，破損少。

窯車定位及卸板機動作與窯爐回車線配套系統(tǒng)聯(lián)鎖，防止窯車、窯爐出現(xiàn)故障時，卸板機出現(xiàn)誤動作，見圖7、圖8。

圖7 卸板機結構示意圖

3 項目產(chǎn)品主要創(chuàng)新點

該項目產(chǎn)品已獲得多項專利，大部分結構為公司獨創(chuàng)，具有完全自主知識產(chǎn)權。主要創(chuàng)新點如下：

3.1 開發(fā)出多層裝載結構，達到了單條窯產(chǎn)量翻番，綜合能耗低的目的

傳統(tǒng)發(fā)泡陶瓷隧道窯以裝載單層為主，產(chǎn)量較低，而該窯裝載多層，由穿過耐火保溫層直插窯車金屬座的碳化硅支柱和主梁、次梁、墊板等組成的、結構堅固穩(wěn)定的多層裝載架裝載產(chǎn)品，在同一窯車上每增加1層則產(chǎn)量可翻倍，因此產(chǎn)量大。

當窯車每次進入窯內(nèi)燒成后，其耐火保溫層見火面、裝載架的溫度與坯體一樣吸熱升溫，燒好后降到出窯溫度，然后再裝粉料入窯燒成，如此不間斷循環(huán)生產(chǎn)。在同等條件下，裝載3層的窯車每次進出消耗的熱量比單層少了3/2(單層產(chǎn)品時，窯車自身帶出的熱量與產(chǎn)品消耗的熱量折算為1∶1，裝載3層時，窯車耐火保溫層厚度、重量、散熱量與單層接近，相當于窯車消耗的熱量僅為產(chǎn)品的1/3)，加之產(chǎn)品因?qū)娱g距減小傳熱效率更高、窯體散熱占比減小等因素的影響，單位產(chǎn)品的能耗下降。

圖8 卸板機應用情況

3.2 研發(fā)出三層加熱控溫結構和冷卻技術，使窯內(nèi)溫差小、每層產(chǎn)品發(fā)泡均勻，合格率高

設置多層燒嘴，火焰通過每層之間、窯內(nèi)頂部和底部的空隙(通道)內(nèi)加熱，解決了層與層之間的溫差問題；采用長、短焰、大功率燒嘴結構，解決了每層截面溫差問題。具有產(chǎn)能大、燒成快、質(zhì)量好、合格率高、能耗低的特點，項目綜合技術處于國內(nèi)領先水平。而現(xiàn)有發(fā)泡陶瓷窯爐以單層裝燒為主，產(chǎn)量與合格率都較低。

動態(tài)心電圖檢查采用美國BMS動態(tài)心電分析系統(tǒng),無癥狀性心肌缺血的診斷標準為:①ST波段呈水平型或下斜型的下移,下移距離達到0.1 m V;②ST波

將冷卻帶的長度比例提高到整體窯長的65%以上，通過延長冷卻時間的技術方案來減少“冷裂”風險(提高窯頭溫度，加大粉料升溫強度，減少燒成時間)。而常規(guī)陶瓷的冷卻比例在40%左右。

在冷卻結構上，根據(jù)產(chǎn)品特點和工藝，分區(qū)并采用不同的冷卻方法，如在急冷區(qū)、尾冷區(qū)側(cè)墻內(nèi)縱向均勻設置帶閥的支管，對準每層之間、窯內(nèi)頂部和底部空隙交錯吹風，在緩冷卻區(qū)頂部截面縱向設置數(shù)根換熱管間接冷卻，以多個抽風罩集中抽取上逸的熱氣，側(cè)壁采用對抽方式，確保在符合冷卻工藝的條件下縮小溫差，防止產(chǎn)品開裂。

3.3 研制了減少窯頭漏風的雙窯門結構，節(jié)電且窯壓穩(wěn)定

在窯頭設有進車置換室和雙道窯門，具體由置換室密封框架、1號窯門、2號窯門和窯門升降系統(tǒng)組成。當托車將布好粉料(發(fā)泡陶瓷板由粉料經(jīng)高溫熔融、發(fā)泡、冷卻后形成多孔的板狀材料)的窯車送入隧道窯入口后，由行程開關或光電感應開關提供電信號給2號窯門控制系統(tǒng)，與窯體相連的2號窯門關閉，與外界相通的1號窯門打開，托車送入窯車后，1號門關閉，2號窯門打開，完成窯車進窯置換，過程中隧道窯入口始終與外界處于封閉狀態(tài)，避免了窯車進入窯內(nèi)過程中窯外的漏風影響排煙抽力和增加風機功率，達到節(jié)電和穩(wěn)定窯壓的目的。

同類窯爐，窯車進入窯頭過程中窯壓波動較大，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

3.4 研究出窯外預混技術，解決了風氣混合不均的問題，省氣

燃燒時，助燃風與燃氣混合越均勻、風、氣越接近理論配比，效果越好，也更省氣。該項目采取窯外和燒嘴內(nèi)同時進行的二次混合方式，達到了該效果。而現(xiàn)有燒嘴大多采用一次混合的結構或極少數(shù)窯爐在燒嘴內(nèi)部二次混合的方式，存在混合不均、燃燒不完全造成燃耗高的問題。

3.5 開發(fā)出自動裝卸結構技術，實現(xiàn)了發(fā)泡陶瓷流水線、自動化生產(chǎn)，效率高且節(jié)省人工

針對面積大的板材，采用同步伺服電機、V形帶結構、移動式布料技術和翻轉(zhuǎn)料斗左右刮平結構，通過設置的路徑、時間移動布料，保證每點、線、面的布料量一致。運行平穩(wěn)、定位精準、布料均勻?，F(xiàn)有結構布料不均，需要人工耙平。

針對發(fā)泡造成的不規(guī)則大型板材(非機加工件，因布料、溫差等因素，高溫發(fā)泡形成的板材難以保證每邊的每點、面為直線狀態(tài),會出現(xiàn)凹凸、弧形邊等情況)，采取多個對夾式結構，通過氣缸控制，每對同時動作夾住板材，根據(jù)板材尺寸自動張緊，上升后放入自動平移到板材底部的托架上再移走。即使板材尺寸不一，也可確保每個對夾機構夾住板材；由于這個對夾式結構僅需上升和下降一點距離，而板材放到另一個平移式托架上，整個過程非常平穩(wěn)，幾乎不會出現(xiàn)滑落或破損的情況，大大提高了產(chǎn)品合格率，卸板效率也很高。而現(xiàn)有結構為機械式，夾板升降后平移，若高溫燒成后的板材形狀不規(guī)則，有時直接夾破板材，有時由于未夾緊導致平移過程脫落摔壞，給陶瓷企業(yè)造成較大損失。

4 結語

利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)用于建筑物隔墻、保溫、消音等用途的發(fā)泡陶瓷板是國家大力支持的資源循環(huán)利用型好產(chǎn)品，但與外墻保溫的苯板、棉板、泡沫板或采用空心水泥磚、高壓蒸汽磚等隔墻相比，高溫燒結的發(fā)泡陶瓷板在造價、產(chǎn)量上不占優(yōu)勢，已成為制約行業(yè)發(fā)展的主要障礙。只要陶瓷、陶機企業(yè)繼續(xù)努力，在生產(chǎn)工藝技術上獲得進一步突破，如制粉采用干法造粒技術，簡化工藝，確保節(jié)電省氣；在滿足隔墻基本性能的條件下適當減小導熱系數(shù)，以縮短燒成周期、增加產(chǎn)量；；在布料、燒成溫差等方面精細化控制，減少拋面、切割帶來的損耗；研究綠色環(huán)保、低碳節(jié)能的制造工藝和裝備技術等等，從多個環(huán)節(jié)入手解決制造成本、產(chǎn)量等難點，相信發(fā)泡陶瓷板的市場前景會更加廣闊。