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磷酸盐砖的干燥和热处理

时间:2017-12-22     作者:凯瑞得窑炉【原创】   阅读

1  前 言

      磷酸盐结合的不烧高铝砖(以下称磷酸盐砖)主要适用于水泥工业。几年来,随着市场的逐渐开发,磷酸盐砖的销售量越来越高。由于磷酸盐砖生产工序的特点是:配料、预混和、困料、混合、热处理等,公司目前还没有固定的生产线,穿插在各车间中进行生产。因此,合理协调各工序间生产和制定合理的工艺参数,对保证质量与交货期显得尤为重要。干燥和热处理工序占生产时间的50%,原执行的干燥方法和热处理制度制约了生产,且产品质量不稳定。生产实践中对这两工序的工艺参数的调整成为一个亟待解决的问题。

2   分析和试验

2.1基本原理

      磷酸盐砖是以特级矾土熟料为主要原料,加入适量的磷酸水溶液,经过预混和、困料、混合、成型、干燥、热处理等工序制成。磷酸本身并无粘结性,当它与特级矾土熟料等原料的中性氧化物,弱碱性氧化物发生化学反应生成磷酸盐后,才使它表现出良好的粘结性。所形成的结合作用,除了与被结合材料产生的化学反应以外,主要是酸式磷酸盐的聚合以及粘附作用造成的。磷酸基离子以各种方式将其联结成长链平面网状或空间骨架结构的大分子,磷酸基PO4中的氧就起此种联结作用,从而使坯体凝结硬化。所形成的酸式磷酸盐取决于反应时由于中和程度,即氢被取代程度不同,主要有磷酸二氢铝 [Al(H2PO4)3 ]磷酸氢铝[Al2(HPO4)3 ] —般认为主要组分为[Al(H2PO4)3]。由于它在常温下可溶于水,当用以组成混和料后,仍可使其长期保持可塑性,但当加热到一定温度后,酸式磷酸铝可变成焦磷酸铝和偏磷酸铝,并随之发生聚合反应。

      偏磷酸铝聚和物[Al(PO3)3]存在于400℃以上的温度,由于此种新的化合物的形成和聚合以及同时形成较强的粘附作用,使结合体获得强度。随着温度的提高,偏磷酸铝也可发生分解作用而生成 AlPO4与P2O5 ,P2O5与Al2O3也可形成AlPO4,使结合体的强度得到提高。因此,磷酸盐砖能具有强度高,耐磨性好的特点。

2.2 工艺措施

      由于成型后的磷酸盐砖坯体内含有4%〜5 %的水份,因此砖坯必须经过干燥,才能提高其机械强度,有利于运输,装窑操作,保证制品的外观质量,依据公司的生产条件,规程规定干燥在隧道干燥器中进行,砖坯入干燥窑前必须自然干燥,干燥时间不少于12h,入窑温度60〜80℃,出窑温度110〜130 ℃,干燥时间不小于48h,干燥后残余水份≤1 %;热处理在改用煤气作燃料的倒焰窑内进行,装窑轻拿轻放,做到平、稳、直、松砖拉缝,留好火道。

2.3 工艺中存在的问题和改进方案

     在实际生产过程中按2.2中的规定执行。由于在生产磷酸盐砖的同时,烧成砖的生产也在同时进行原有工艺参数在生产实际难以控制,结果造成干燥车周转不畅,影响了成型工序的正常生产,且干燥,热处理时间偏长,影响了交货期。热处理过程中装窑火道预留不当,温度偏高,造成窑内顶部的砖坯过烧(变红),底部的砖坯欠烧(变黑),大大降低了产品合格率。

     为了改善生产状況,基于2.1中的基本原理和隧道干燥器、倒焰窑的工作原理对部分工艺参数进行改进。

     隧道干燥器一般采用逆流干燥原理,进干燥器的水分较高的砖坯与温度不高、湿度较大的气流接触不易产生废品,当干燥进行至一定阶段,砖坯中含水较少,此时遇到温度高運度低的热气流可以加速干燥过程,磷酸盐砖坯含有4 %〜5 %的水分,不宜直接进入隧道干燥器,否则,在干燥过程中(主要排出砖坯内的水分),由于受到高温气流冲击作用和受热不均匀,形成急剧地不均匀的排水,尤其是砖坯表面明显硬化后,内部又急剧排水所形成的应力作用引起表面发生裂纹,因此必须经过在空气中自然干燥一段时间后,才能进入隧道干燥器。磷酸盐砖坯的干燥宜采用“低温大风量”干燥法。“低温” 有益于缓慢均匀排水和避免砖坯表面早硬化;“大风量”有益于蒸发并带走湿空气,提高干燥效率。生产实践表明,自然干燥不小于8h,控制窑内入砖端温度60〜80℃,出砖端温度100〜120℃,并敞开出砖端窑门,干燥时间不小于12h,干燥后的砖坯残余水份小于0.3%,干燥后的砖强度可以满足运输和热处理装窑的要求。http://www.krdnc.cn

      倒焰窑是一种间歇式窑炉,因为烟囱的抽力,迫使从火箱出来的烟气经过制品、吸火孔、支烟道进入主烟道,经烟囱排入大气中,窑内的气流采用由上而下的“倒焰”方式。在低温阶段,窑内的传热方式主要靠热烟气以对流方式传给制品,制品本身则靠不稳定导热方式将热量由表面传至中心。磷酸盐砖的热处理温度500〜600℃,因此,合理布置装窑,调节窑内挡火墙的高度,使窑内气流顺畅,达到窑内温度均匀,也便于各温度范围的升温,保温过程中的窑温控制,设在窑底的吸火孔的作用是排烟,它的总面积的大小与分布情況,对窑的操作控制和窑内水平截面上的温度均匀性关系极大。如总面积太大,气流很快就从吸火孔跑掉,热量不能充分传给制品,热利用较差,燃耗较高,窑温不易控制;如面积太小,排烟阻力又大,升温困难,容易造成窑内上下温差大。根据实践经验,装窑前在打底炕时,以窑内中心线为基准,靠近主烟道排烟口一侧,底炕要遮蔽吸火孔,远离主烟道排烟口一侧,底炕要在两排吸火孔之间铺置,留下吸火孔位置,这样会更好地使窑内水平截面上的温度分布均匀,挡火墙的作用是使热烟气具有一定方向与流速,合理地送至窑内。挡火墙的高低将严重影响窑内上下温差。挡火墙太低,气流大部分不能达到窑顶,直接进入窑的下部,使下部温度高,上部温度低;反之,若挡火墙太高,气流将全部直沖窑顶,甚至集中在窑的顶点,造成上下温差大,上部的制品易过烧,下部制品易生烧。故要根据实际情況合理调整,以便大部分气流送到窑顶,小部分直接进入窑的下部。根据实践绖验,装窑高度与挡火墙高度之差为300〜400mm为宜。

      为了使窑内有足够的热气流在窑内流动,防止局部砖坯过烧,达到砖坯充分热处理的目的,砖垛与窑顶、當门裆火墙之间要有合适的距离,砖列之间的距离,砖列的宽度,砖缝的大小也要合适。

      由2.1中的基本原理可知,磷酸盐砖热处理后的强度高低取决于偏磷酸铝聚和反应的程度,所需要的温度在300℃以上。因此,温度小于300℃时在保证排除砖坯中残存的自由水和大气吸附水时砖坯无裂纹的情况下,可以适宜地提高升温速度。

      磷酸盐砖热处理过程中的烧火操作对产品质量影响较大,除了正确按温度制度操作外,保证窑内的压力和气氛也是必须的。因此需要合理调整闸板和煤气与空气配比来达到需要。低温阶段(0〜200℃)主要是排除砖坯中残余的自由水和大气吸附水,应将闸板打开,以便增大烟囱的抽力,将水份尽快带走;中温阶段(200〜500 ℃)主要是焦磷酸铝的生成和偏磷酸铝的聚合反应,闸板可适当降低,以便更好地控制窑温,使反应充分进行;保温阶段应降低闸板,使窑内下部温度提高,以使全窑温度均匀一致。止火后打开闸板,窑温降至300℃以后打开窑门,以便使窑温快速降下来,尽早出窑。在整个升温过程中,窑内的温度、升温速度与气氛、压力都在发生变化,因此需要精心调整煤气和空气的配比和闸板的位置,使热处理在微正压、氧化气氛中进行。

3  遗留问题的解决

     1.由于磷酸铝盐易溶于水。在干燥后,砖坯表面易出现“吸潮”,应尽快组织装窑进行热处理。否则,砖坊边角易破损,也会影响热处理的效果。热处理后的成品也应在干燥处存放。

     2.完善倒焰窑窑体的封闭和煤气、空气的计量装置,有利于热处理工序的操作。

     3.如果两座倒焰窑共用一个烟囱时,两窑必须交替生产。

     4.每座倒焰窑窑门处都要使用同一种测温装置,使用热电偶测温时,测温一端应靠近砖垛,并且插入窑内的位置深度要一致。

4  结论

      磷酸盐砖是一种不烧砖,干燥和热处理工序的工序质量对制品质量、生产时间起着主导作用。在砖坯自然干燥不少于8h,正确、合理的布置装窑的条件下,适当调整干燥、热处理方法可以有效地解决了生产时间长,产品质量不稳定等问题,可缩短2天的生产时间,产品合格率提高了6 %。

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