专利名称：粉煤灰砖免烧成型方法
技术领域：
本发明涉及一种粉煤灰建筑材料的制造工艺，特别是一种高掺量粉煤灰砖免烧成型方法，也适用于加工免烧粉煤灰砌块及粉煤灰硅钙板等。
背景技术：
目前，利用粉煤灰建筑材料替代传统烧结实心粘土砖，这不仅仅是因为粘土砖多耗能源，严重占地毁田，已被严格限制生产和使用，而且还由于热电厂粉煤灰废弃物排放量日益增多，这既污染环境，又占用大量土地，也成为一大公害。因此，为根除粉煤灰的公害，充分利用粉煤灰具有的潜在活性等性能，将其作为资源丰富而廉价的原料进行综合利用，生产建筑材料，已被广泛推广。
现有粉煤灰建筑墙体材料有粉煤灰砖和粉煤灰砌块等。其主要加工方法有压制烧结法；加气蒸压或蒸养法；加石灰蒸压或蒸养法和不需烧结、蒸养的自然养护法。上述加工方法存在一些影响其推广应用的缺陷，如压制烧结法能耗较高，且需要添加一些粘土，推广应用受到限制；蒸压或蒸养法有利于粉煤灰的潜在活性激发，但其蒸养房占地面积大，蒸养设备数量多，设备投资大，能耗高，增大制造成本，不容易推广；自然养护法虽然一次性投资少，成本也较低，但其工艺流程中需要将混料进行轮碾搅拌，还需要加入适量的水和在合适的相对湿度为70-90％的环境下进行适宜的养护，一般为21-35天，养护的时间较长，生产效率低，产品质量不稳定。据统计每蒸养1立方米的砌块，需要增加10元钱的费用成本。另外使用的上线车、插车、运砖车、子母车等输送设备较多，必然导致投资大、运行成本高。一套生产线投资需千万元以上，投资收回时间长。
据相关文献报导，国外建筑墙体材料的成型方法所用设备为两套称重供料机构、两面运行作业的成型机和与之匹配的多种专业运输机械以及配套设备，如庞大的蒸养房和蒸养设备等，因此一次投资大，运行成本高，不经济。现有国内建筑墙体材料的成型方法多数是属于引进、消化国外的混凝土砌块工艺，因混凝土砌块工艺条件与粉煤灰建筑墙体材料的成型方法差异较大，故存在一定的不合理性。
国外粉煤灰建筑墙体材料成型机工艺的不合理性有从混碾装置来看，一次混合搅拌过程不够充分，作为以水泥为主要原料的混凝土砌块生产线是合适的，但作为以高掺量的粉煤灰工业废渣为原料就会显得“力不从心”。粉煤灰的物质特性一个是粒度小、呈粉状；另一个特性是活性高，潜在势能大。这些潜在势能只有经过激发才能得以发挥，关键的问题是如何对粉煤灰激发使其活化。因其物理形态呈球状玻璃质体，十分致密而光滑，虽含有二氧化硅和三氧化二铝，但都不易溶出水化，其他物料很难进入玻璃质体与其发生反应。常用的物理活化方法是对粉煤灰进行粉磨或碾压搅拌，以改变其表面结构特征。但是效率再高的磨、碾、搅拌设备在短短几分钟内对其表面结构的改变也不会有明显的效果。研究表明粉煤灰的激发活化首先依赖于碱性物质激发剂，其次与“温度、湿度、压力”有关，只有在一定的温度、湿度、压力条件下才会产生激活和水化反应。温度、湿度、压力越高，激活和水化反应速度越快，反应程度也越深入，反应生成物质也越多，胶凝效果越好。粉煤灰的激发活化与时间成反比，温度、湿度、压力越低，时间越长，温度、湿度、压力越高，时间越短。
从成型砌块蒸养效果角度看，也存在一定的不合理性。粉煤灰砖或砌块成型后体积大，密度大，热传导系数低，传导速度慢，属于热分子不良导体。因此，对砖或砌块的后期蒸养只能以延长时间的办法，即采取升温—恒温，再升温—再恒温，持续高温—持续恒温，降温—恒温，再降温再恒温，直至接近大气温度为止，全程要20-35小时。温度、湿度的传导也受到一定的阻碍，过急会造成砖或砌块开裂等质量问题，过慢砖或砌块的质量好，但浪费大量的能源，热耗高，生产效率低。
据中国专利文献报导，专利号为94113103.3的“粉煤灰活化方法”中，提出了粉煤灰在放入10-20％石灰，在60-80℃的热水中煮6-8小时后，取出晾干的激发活化方法，以提高粉煤灰的活性。但该方法操作烦琐、费工费时，效率低，耗能大，不利于大规模工业化生产。
有的中国专利文献报导了一些免烧结、免蒸养的自然养护法生产工艺。
专利号为93102594.X的“高性能、无水泥、粉煤灰双免砖”中，公开的物理活化是将粉煤灰磨细至比表面积为4000-8000cm2/g，以增加其反应面积；化学活化是加入石膏等复合激发剂，使粉煤灰与CaO、CaSO2进行水化反应。但是所用粉煤灰需经粉磨磨细后与激发剂配合、成型，再经十多小时蒸汽养护或在温度20℃、湿度95％下养护20-40天，才为成品。该方法生产周期长、效率低，产品质量不稳定。
专利号为98125918.9“一种免蒸养快速生产粉煤灰砖的工艺方法”以及与其内容基本相同的、专利号为01102954.4的“一种免蒸、免烧、快捷生产粉煤灰砌块或粉煤灰砖的工艺方法”中，所提出的工艺方法是以粉煤灰等为基本原料、以碳酸钠等为添加剂，经计量、第一次轮碾、消化、第二次轮碾、成型、热空气循环反应等步骤，成为成品。所谓消化是第一次轮碾搅拌后各配料间发生初步化学反应和相关的物理变化。但是由于化学反应、物理变化的时间短，并缺乏适宜的温度、湿度和压力等外界条件，粉煤灰潜在活性的激发是有一定限度的，所以消化不彻底、碳化系数高、抗冻融性差、产品质量不稳定。消化不彻底的碱性物质在制品中存在后续的内应力，导致成型后的砖产生裂缝，严重影响产品质量，所以需要“热空气循环”蒸养制品。这样一来，工艺步骤就复杂了，另外多次轮辗，仍然需要热养护，不仅生产周期长，而且产品质量在短期内也很难得到保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种粉煤灰砖免烧成型方法，它有效地克服现有技术存在的设备投资大、运行成本高、生产效率低等缺陷，具有工艺流程简化，生产周期短，节能，设备匹配设计合理，操作容易、控制精度高，占地面积少，投资省，运行成本低，物料激发活化效果显著，有效提高产品质量和生产效率的优点。
本发明的目的是这样实现的该方法采用以下操作步骤一、计量配料将预定比例的工业废料粉煤灰、炉渣、电石渣和辅料磷石膏、水泥、活性激发剂，通过各自带有动态计量装置及自动控制流量的闸阀门的储存罐，经集料输送机，将物料送入螺旋搅拌给料机混合，所用原料的重量比为粉煤灰∶炉渣∶电石渣∶磷石膏∶水泥∶＝40-50∶35-45∶15-25∶3-5∶5-10∶；二、高温激活整合混料后，由提升机输送到以过热蒸汽为介质的带有各种动态传感检测仪和螺旋搅拌卸料机的物料激活整合装置内，对物料流进行加温、激发活化、均匀质量，激活温度为99-150℃，湿度为95-100％，压力为0.1-0.5Mpa，物料流在自然流动过程中分段进行反复激活、均质，然后经雾化给水进行急剧水化整合，再由螺旋搅拌给料机均衡搅拌后卸料，提供温度为50-80℃的高温活化混料；三、热料合压成型温度为50-80℃的高温活化混料由卸料口经给料机供给高效成型机的料箱下方的容积式位移称重计量器的往复式液动或气动布料机，由其向带有液动或气动的可调式伸缩卡具夹模芯的模头、沿内壁外周设置多个变频电磁垂直激振器的模箱及升降装置托举的砖模板，进行定位实铺供料，再以激振器与模芯结合式双向垂直变频振动，实现高温铺料、热态装模、电磁垂直激振、模头加压，模芯助推脱模，制成型砖；四、自动上架型砖通过带自动接卸砖模板的链式或带式传动带的特种输送机和自动升降平移式上架机，送到砖架车上静置养护，即为成品。
所述螺旋搅拌给料机的转速为19-110转/分。
所述粉煤灰砖免烧成型方法所用的设备，包括储存罐、集料输送机、螺旋搅拌给料机、提升机、成型机、输送机、上架机和砖架车，其技术要点是所述提升机和成型机之间设置以过热蒸汽为介质的带有各种动态传感检测仪和螺旋搅拌卸料机的物料激活整合装置。
由于本发明主要依据粉煤灰内在物质惰性成分，掺兑相应比例的散粒料，如炉渣、电石渣、磷石膏及水泥等进行合理组配，采用散粒料储存罐定量给料，通过集料输送机送到螺旋搅拌给料机混合成混料；将混料通过提升机供给激活整合装置，使散粒料的物料流在自然流动过程中，在一定的温度、湿度、压力的条件下，进行反复加温、激活、均质，发生强烈的激发活化反应，再经雾化给水进行水化整合作用，最后经螺旋搅拌给料机均衡搅拌后卸料，变消极惰性物质为积极活性物质，形成高温活化混料；混料通过物料输送机送给高效成型机，进行高温铺料、热态装模的热料合压成型，型砖通过输送机、上架机自动送到砖架车上静置养护，无须再蒸压养护、不用烧结即为成品。运用上述专用设备再匹配与之相对应的成型设备数控装置(已同时申请专利)，使其流程设计更加合理，操作非常容易、提高控制精度，解决了现有技术存在的设备不配套、不能24小时连续运转，能耗高、设备投资大、操作复杂、检修难、保养难、易损件更换难、运行成本高，消化反应不彻底、产品质量不稳定、生产效率低等缺陷。
本发明因新工艺流程比现有技术进一步简化，所用设备少，可实现自动控制管理，故操作容易、控制精度高，占地面积少，从而使生产周期大大缩短，达到了投资省，运行成本低，节能的目的。实际检测表明，制成的免烧砖等粉煤灰制品中，工业废渣总掺量可高达92％左右。由于所用设备匹配设计合理，物料激发活化效果显著，所以有效提高产品质量和生产效率。其与同类型的混凝土砌块成型设备(年产6.8万立方米)相比，设备成本减少30％。可变频调速，按每8～24秒钟成型一模，产390×190×190空心标准砌块8块计算，每年可生产空心砌块13万m3/300天，标砖6.8万m3/300天。彻块或砖的各项指标符合或优于国家标准，质量可达到粘土烧结砖一级品以上标准，生产1m3粉煤灰砖需50-60元成本费用，运行成本降低50％，出厂时间仅为5-7天，比现有设备所需的28天，提高效率300％。
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是本发明的一种粉煤灰砖免烧成型方法的生产流程图。
具体实施例方式
根据图1详细说明本发明的具体实施方式
。该成型方法所用原料采用工业废料粉煤灰、炉渣、电石渣和辅料磷石膏、水泥等。其原料的选择主要考虑1、充分利用粉煤灰只有经过激发才能发挥其潜在势能的特性；2、掺兑相应比例的与粉煤灰有近缘关系的能够协调潜在势能的炉渣、电石渣(造纸废液或生石灰)、对碱性激发有协调作用的磷石膏(化肥厂下脚料)及适量既有胶泥作用又有激发作用的水泥，进行合理混合配料，使散粒料在一定的温度、湿度、压力的条件下，进行反复激活、均质，再经雾化给水发生强烈的激发活化反应，水化整合作用，变消极惰性物质为积极活性物质，形成高温活化混料，提供经预先处理的科学的粉煤灰砖免烧用原料。
该成型方法所用设备匹配设计合理，操作容易、规范，控制精度高，物料激发活化效果显著，所以有效提高产品质量和生产效率。其设备的匹配主要考虑1、采用专门设计的储存罐、物料激活整合装置、高效成型机、特种输送机和自动平移式上架机等，组成匹配合理的组合设备；2、采用成型设备数控装置，运用常规的计算机程序控制技术手段，进行数字化控制、智能化管理，组成设备程序动作数字化控制单元，使该成型工艺操作更加规范。设备匹配采用自适应控制软件，机外操作，以确保配料准确和在适宜的温度、湿度、压力条件下，提高控制精度，使整个工艺流程处于最佳状态，实现所用原料预先完成激活整合反应，以便充分发挥其潜能作用，高效率地进行高温铺料、热态装模、振动密实、压力脱模等成型工艺，使成型后的粉煤灰免烧砖或砌块达到结构坚实、料质均匀、棱角完整、强度高、抗冻性好、免烧结、免蒸养的标准要求。
所用设备由储存罐1、集料输送机4、螺旋搅拌给料机8、提升机19、物料激活整合装置18、给料机10、成型机7、输送机6、上架机11和砖架车12及其电气控制箱5、提供过热蒸汽的热源13等组成。各种设备的规格、形状应根据实际需要确定。其中装原料的各储存罐1分别带有动态计量装置2及自动控制流量的气动闸阀门3，各原料按预定的配比，进行严格的动态计量检斤。提升机19和成型机7之间设置以过热蒸汽为介质的带有各种动态传感检测仪和螺旋搅拌卸料机9的物料激活整合装置18(已同时申请专利)。所述物料激活整合装置18包括有高、低料位器的物料预热储存段17；循环设置的以过热蒸汽为介质的带有温度、湿度和压力动态传感检测仪的激发活化段16；静置深化反应的均匀质量段15；带有动态水分检测仪和雾化给水配料调控装置、螺旋搅拌卸料机9的搅拌卸料段14。所述成型机7采用高效成型机(已同时申请专利)，该机设置带有容积式位移称重计量器的往复式液动或气动布料机24和电磁变频垂直激振器21，其与模芯结合实现双向垂直变频振动。所述输送机6采用带有自动接卸砖模板的链式或带式传动带的特种输送机，上架机11采用自动升降平移式上架机(已同时申请专利)。
本发明粉煤灰砖免烧成型方法的生产流程具体操作步骤如下步骤一 计量配料首先对配料进行准确计量，配料用量多少将直接关系到粉煤灰砖或砌块的质量。因此，将各配料储存罐1中的粉煤灰、炉渣、电石渣(造纸废液或生石灰)和辅料磷石膏(化肥厂下脚料)、水泥，通过各储存罐1的动态计量装置2及自动控制流量的闸阀门3，按预定比例严格计量给料，误差控制在±2％。配料经集料输送机4送入螺旋搅拌给料机8，搅拌混合均匀，使其在增加外力作用的物理条件下充分接触，进行初步的物理活化。对粉煤灰等配料进行碾压搅拌，力求对其表面结构特征有所改变，以利于促进配料后序的化学反应。为使所用原料的配比准确，提高产成品的质量，其重量比应优先选用粉煤灰∶炉渣∶电石渣∶磷石膏∶水泥∶＝40-50∶35-45∶15-25∶3-5∶5-10∶。
步骤二 高温激活整合搅拌到最佳状态的混料，由提升机8输送到带有各种动态传感检测仪和螺旋搅拌卸料机的物料激活整合装置18内。混料在有高、低料位计的物料预热储存段17，得到预热、预储存；利用循环设置的以过热蒸汽为介质的带有温度、湿度和压力动态传感检测仪的激发活化段16和静置深化反应的均匀质量段15，以过热蒸汽为介质，对物料流分段进行反复加温、激发活化、均匀质量，激活温度为99-150℃，湿度为95-100％，压力为0.1-0.5Mpa，物料流在自然流动过程中分段进行反复激活、均质；在带有动态水分检测仪和雾化给水配料调控装置、螺旋搅拌卸料机9的搅拌卸料段14内，经雾化给水进行急剧水化整合，再由螺旋搅拌卸料机9均衡搅拌后卸料，提供温度为50-80℃的高温活化混料；步骤三、热料合压成型温度为50-80℃的高温活化混料由卸料口经给料机10供给高效成型机7的料箱下方的容积式位移称重计量器的往复式液动或气动布料机24，由其向带有可调式伸缩卡具夹模芯22的模头20、沿内壁外周设置多个变频电磁垂直激振器21的模箱及升降装置23托举的砖模板，进行定位实铺供料，再以激振器21与模芯22结合式双向振动，实现高温铺料、热态装模、模头加压，模芯助推脱模，制成型砖；步骤四、自动上架型砖通过带自动接卸砖模板的链式或带式传动带的特种输送机6和自动升降平移式上架机11，经砖架车12送到砖场上静置养护5-7天，即为成品。
权利要求
1.一种粉煤灰砖免烧成型方法，其特征在于采用以下操作步骤一、计量配料将预定比例的工业废料粉煤灰、炉渣、电石渣和辅料磷石膏、水泥、活性激发剂，通过各自带有动态计量装置及自动控制流量的闸阀门的储存罐，经集料输送机，将物料送入螺旋搅拌给料机混合，所用原料的重量比为粉煤灰∶炉渣∶电石渣∶磷石膏∶水泥∶＝40-50∶35-45∶15-25∶3-5∶5-10∶；二、高温激活整合混料后，由提升机输送到以过热蒸汽为介质的带有各种动态传感检测仪和螺旋搅拌卸料机的物料激活整合装置内，对物料流进行加温、激发活化、均匀质量，激活温度为99-150℃，湿度为95-100％，压力为0.1-0.5Mpa，物料流在自然流动过程中分段进行反复激活、均质，然后经雾化给水进行急剧水化整合，再由螺旋搅拌给料机均衡搅拌后卸料，提供温度为50-80℃的高温活化混料；三、热料合压成型温度为50-80℃的高温活化混料由卸料口经给料机供给高效成型机的料箱下方的容积式位移称重计量器的往复式液动或气动布料机，由其向带有可调式伸缩卡具夹模芯的模头、沿内壁外周设置多个变频电磁垂直激振器的模箱及升降装置托举的砖模板，进行定位实铺供料，再以激振器与模芯结合式双向垂直变频振动，实现高温铺料、热态装模、电磁垂直激振、模头加压，模芯助推脱模，制成型砖；四、自动上架型砖通过带自动接卸砖模板的链式或带式传动带的特种输送机和自动升降平移式上架机，经砖架车送到砖场上静置养护，即为成品。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰砖免烧成型方法，其特征在于所述螺旋搅拌给料机的转速为19-110转/分。
3.一种根据权利要求1所述粉煤灰砖免烧成型方法所用的设备，包括储存罐、集料输送机、螺旋搅拌给料机、提升机、成型机、输送机、上架机和砖架车，其特征在于所述提升机和成型机之间设置以过热蒸汽为介质的带有各种动态传感检测仪和螺旋搅拌卸料机的物料激活整合装置。
全文摘要
一种粉煤灰砖免烧成型方法，先将预定比例的粉煤灰、炉渣、电石渣、磷石膏、水泥，进行准确计量，通过储存罐，经集料输送机，送入螺旋搅拌给料机混合；然后由提升机输送到以过热蒸汽为介质的物料激活整合装置内，物料流在自然流动过程中分段进行反复激活、均质，然后经雾化给水进行水化整合，再由螺旋搅拌给料机均衡搅拌后卸出高温活化混料；经给料机供给高效成型机，实现高温铺料、热态装模，制成型砖；型砖通过输送机和上架机，经砖架车送到砖场上静置养护，即为成品。它有效地克服现有技术存在的缺陷，工艺流程简化，生产周期短，节能，设备匹配合理，控制精度高，物料激发活化效果显著，有效提高产品质量和生产效率。
文档编号C04B22/14GK1597596SQ20041002153
公开日2005年3月23日 申请日期2004年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者洪武贵, 苗迪, 洪巍 申请人:辽宁中田干燥设备制造有限公司