重粘土工业的节能隧道窑窑车系统

Dr. VOLKER HESSE, D-Melle/Buer

在粘土砖工业中，隧道窑窑车按什么样的过程发展一直是粘土砖生产和屋面瓦生产企业的主要话题，本文是布尔通公司就这方面的问题提出的一些看法，布尔通公司是德国大多数砖厂和屋面瓦厂隧道窑窑车系统的供应厂家。

从总的窑炉技术发展来看，其发展趋势是采用自动化的焙烧设备以使粘土制品满足日益增长的需要，粘土制品的原料制备更加精细，坯体更加均匀，这里谈的仅包括辊道窑、孟克窑（Monker）、高频技术等。

然而除了这些发展外，传统的隧道窑当然将有一席之地，而且是在多方面得到发展，而不仅是在焙烧组件的单一方面。

在决定选择一个特定的焙烧技术之前，往往要进行成本和效益分析，这里要考虑到必要的产品和使用的原材料。

有关隧道窑窑车的发展，可认为有以下几方面，这些观点应引起特别的注意。

对隧道窑窑车总的看法

这不仅是技术上的和经济上的计算问题，而且要考虑到使用者的愿望。对于系统供应者来说，不在于选好一种或其他种标准方案，而是为用户进行创造，符合用户的要求，与用户自己考虑相一致，以满足用户的最终需要。

然而，不考虑上述情况，下面是选择隧道窑系统通用的准则，这主要是出于成本上的考虑。

隧道窑窑车运作的成本因素

1. 磨损（折旧）

2. 能量消耗

3. 维护和清理耗费

4. 维修

在分析消耗因素时，很容易发现隧道窑窑车的能量消耗是一个重要因素，但远不是决定一个特定的隧道窑窑车系统的唯一原则，窑车是整个窑炉系统中的结构组件，它要经受很大的荷载，如果把这个结构组件依次看成是独立的系统，那么首先考察各自所起的作用。

隧道窑窑车系统应达到的目标功能

• 产品质量好

• 由于降低重量和绝热能量消耗最小（储热和传热）

• 在燃烧条件下，在隧道窑的气氛和能量介质中能耐化学腐蚀性

• 热稳定性（在热震和温度急聚下降时）

• 机械强度（受人为因素的影响）

• 几何尺寸的稳定性（砌体材料的互换，受膨胀的可逆性影响）

• 维修和维护方便（更换磨损件）

• 低的投资和保养费用（保养花费时间短）

• 使用寿命长

从表中显然看出，要做到十全十美是不可能的，但是可以容易地以最大限度地满足隧道窑车的目标功能而忽略次要的目标功能，如果极大地减少窑车重量必然降低系统的机械稳定，当然这能通过使用较高品质的材料来得到改善，然而这又引起折旧费用的提高和维修风险的提高。

虽然以上所述基本上没有新的观点，但是当做出有关的决定时，应该牢牢把它记在心里。因为在确定隧道窑窑车优先考虑的因素“节能”时，其它同样重要的功能也不应该忽视。

图1 放有立柱和防护隔板（用于侧烧如单层焙烧屋面瓦）两层边角U型砌块、空心立柱和各种绝热的方式，薄的护板

当今有多达15种不同的材料，用于隧道窑窑车系统，从具有抗热震的各种特殊材料乃至耐火泥混凝土和砂浆、各样的纤维材料及以莫来石和碳化硅为基材的高性能陶瓷，由于没有一个制造厂自己生产所有范围的这些材料，而用户通常是从一个供源即可以得到一个完整解决方案，该系统可以提供同样的保证和服务，这时设计阶段将不同材料的相互组合有很重要的作用。

在设计隧道窑窑车时，其基本目标为3个方面：窑车的周边、窑车的衬垫和用于窑车码坯的承载结构或窑具。

例如对于一个尺寸为 7×6m的窑车，周边面积为10% ，支撑结构面积为5% ，衬垫面积为 85%，这对当今的新型结构的窑车是很平常的。

近年来随着焙烧技术的不断地发展，尤其在材料的选择方面，上述每部分所占的比例也在不断变化。可以发现一个发展趋势是已经成功用于细瓷领域的也同样不断应用于粘土砖工业中（如图1所示）。

隧道窑窑车周边结构的发展

隧道窑窑车周边主要起如下作用：

• 曲折密封（取决于尺寸稳定性！）

• 对窑车衬垫进行机械防护

• 防止窑车底盘受温度影响

为此，要求达到如下性能：

• 尺寸稳定性

• 冷热状态下的强度

• 抗热震或温度变化性能

从技术观点看，要实现这些功能，就需用轻质耐火砌块混凝土。以堇青石为基材的挤出成型的大尺寸砌块和同样以堇青石为基材的大块干压成型的砌块，每一可能的方案都有其优点和缺点。下面将详细讨论以干压成型的用于窑车周边的大型砌块。

此砌块有一系列的重要优点如高的尺寸稳定性，不必对砌块进行二次加工。在目前的原料和生产技术条件下，更容易地得到其确定的矿物组成。

在现代窑炉中顶推窑车的时间变得越来越短，目前涉及到材料的抗热震性能问题显得愈加重要。Burcclight 12/25H，一个最近开发的材料完全满足了上述的这些要求。

该材料经受的试验结果如下：

显然这种材料比传统的轻质耐火砌块有较高的体积密度，但是相比之下用它可做成较大的制品，具有抗热震性能的更薄的夹层砌块。虽然Burcclight材料制成的窑车的周边在重量方面与采用轻质耐火材料有很大不同，但是其抗热震性能和装配的方便程度却有非常大的提高。

即使是一个现代化的完全自动化的砖厂，它的隧道窑窑车周边也要经受高的热应力和机械压力的作用，这除了对材料要求有高的耐久性外，更重要的是一旦周边部分损坏时，能快速更换。正因为如此，周边砌块不采用粘接或砂浆粘接，而采用干砌筑，其之间的联结仅仅通过齿状的机械咬合实现，显然这是非常好的方法。

自然这要求各砌块要有一定的尺寸精确度。正常情况下，只有通过干压方法生产才能制成尺寸稳定的砌块，否则砌砖的尺寸精确只有通过第二次处理才能得到。

隧道窑窑车内衬材料进展

现代隧道窑车内衬垫的作用为隔热，而荷载通常由窑车金属底盘负担，窑车内衬垫的这一功能决定了材料的选择，几乎都是采用轻质、高绝热性能材料。这里首先谈一下陶瓷纤维，目前可以得到即装即用的牌号。从经济上考虑，根据所使用的温度，该纤维可以由轻质混凝土或各种骨料替代，如硅石、轻质熟料、火山灰等。这里指出这些隔热材料不能直接露在火焰下，而应有一个适当的表面覆盖层进行保护，例如用一个抗热震的薄板防护。即使这稍微增加了窑车的重量，但这种方法可以防止隔热材料受到腐蚀，这对侧烧窑尤其如此，而且，坚硬的表面层是保证窑车面有效清洁所必须的，可以预料它是产生严重磨损，导致灰尘、砂等及事故的非常重要的因素。今天已有可能生产出一个10cm厚，尺寸为 500×600mm 的这样的护板。

随着现代化砖厂中自动化水平的日益提高，操作人员的减少，涉及隧道窑护板的问题减少。尽管如此，从实践中我们可以看到很多情况下那些使用的盖层后来被加固，放在窑车立柱上，便于装卸。这也是一个典型的按生产要求如何节能与维护之间严重背离的例子。

选择不同窑车隔热衬垫材料的性能比较：

另外一个例子是窑车的前端和后端护层在窑车底盘上的设置，这种护层就目前顶推时间为10h或还少些的情况下，是没有必要的。如果由于工艺上的原因窑车要在隧道窑中停留，如倒窑或降低顶推速度，该保护层的好处是使窑车底部温度降低，这种方法的采用还是出于使用者方面的考虑。

窑车支撑结构方面的进展

立柱结构的作用是承受焙烧时制品和窑具所有荷载，把力传递给窑车金属底盘，这要求立柱有相对高的冷热强度值，以及抗压和抗弯强度，而且在使用温度下有一定变形性质。此外应达到耐火构件的重量最小的要求。为此窑车的大部分构件经受着最大的应力，当然立柱结构要严格按照焙烧时的荷载和焙烧温度进行设计。然而通过对最近的窑车系统的项目分析显示，人们越来越多的摆脱传统的耐火系统，即其结构由专用的烟道、高的横向支架，放有隔板的特殊的立柱（被称为“Bensen”）组成，由此构成的窑具放在具有特殊形状的板上，由核心立柱支承。事实上，在生产烧结缸砖时，就已经采用了具有薄的更精巧的系统，使用了挤压成型的立柱，其上可放置大规格的承重砖或板或者梁结构，图2为这样一个系统的例子。

图2

如此精巧的系统不会再用传统的方式生产耐火粘土砌体。由于这个原因，粘土的颗粒尺寸粉碎至 0~0.2mm，然后注浆，压制成粒或挤压成为坯体，如此砌体还在得以使用。这同样涉及到高的有特殊要求的耐火构件生产技术。在这个范围，可以不断地得到高性能的材料：以莫来石氮固化的碳化硅、重结晶碳化硅和渗硅的碳化硅为基材料的材料，这些材料具有很高的强度值，可以大大降低陶瓷构件的厚度，因此明显降低耐火构件的重量。借助于先进的侧烧窑，使用高速烧嘴，可以不断地降低码坯高度以至单层焙烧，相应的支撑结构（窑具）会得到进一步的发展。由于耐火构件重量的降低，可以通过燕尾槽、连锁或巧妙的螺栓连接如锁条、帽、杆、强有力的构件误差限制措施，得到适宜的抵抗位移和震动的机械稳定性。

这也大大地激发了对耐火制品制造商生产技术水平要求的提高，对这样的制品允许尺寸误差为1mm，这体现了当代的技术水准。满足上述要求的必要条件是用高质量的原材料来生产尺寸精确的制品；开发先进压制工具，如可编程的多级压模的液压压力机，以及对干燥室、窑炉的精确控制。

在某些情况下，用上述所提的各种材料组合设计窑车时，应注意材料的物理性能变化很大，它对隧道窑窑车系统的连续运转和确保无故障有决定性的意义，因此在以往的窑车设计中，主要是基于数值之上的，当今在制作各构件时在能量、机械性能和热工性能方面的计算起着更加重要的作用。图3为通过结构和热工计算，进行的最佳载荷设计。

图3

所选择的结构材料其热膨胀可逆性的比较

显示了材料的物理性能在窑车设计上的重要性。例如考虑了材料的可逆热膨胀性，通过热膨胀系数分析看出，其值在某些情况下变化很大，如果看不到这种情况，将不可避免地导致损害窑车系统的后果。

结论

隧道窑窑车系统总是与使用者和产品相联系，知晓未来的厂生产工艺参数如焙烧温度、烧成周期、窑内气氛，而且在设计阶段要考虑生产中的各种条件，以使得有一个正确的选择，可延长系统的使用寿命。只有这样可以避免各种不利因素和不必要的消耗，使系统的选择最佳。

Dr. Volker Hesse is Deputy Technical Director at the Burton-Werke, Melle/Buer

文章来源：

本文由作者 Dr. Volker Hesse 撰写，原载于《国际砖瓦工业》（ZI-China Issue）1996–1998，中文合订本，德国建筑出版社。此处发布仅供学习与参考，版权归原作者及原出版方所有。

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