一种高效节能的粉煤灰烧结砖的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种高效节能的粉煤灰烧结砖的制备方法。本发明对页岩粉的颗粒度级配进行了优化选择，引入可大规模连续化生产的单层干燥工艺系统，解决了超高掺量粉煤灰烧结砖的干燥过程中码坯强度低和易变形的问题，并且通过多次搅拌、强制混合、延长焙烧保温时间等工艺过程，进一步提高了产品的稳定性，成功实现了超高掺量粉煤灰大规模工业化生产，得到烧结砖的成品率高，强度优异，重量进一步减轻，同时有效地降低了烧结能耗。本发明选用由烧结耐火材料制成的窑顶和吊挂结构，提高了窑体的耐酸腐蚀性，能有效适应高硫含量、高碳含量粉煤灰烧结砖的生产，解决了循环流化床电厂的粉煤灰难以利用的难题，提高了资源利用率。
【专利说明】一种高效节能的粉煤灰烧结砖的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑用烧结砖的制备方法，特别涉及一种粉煤灰烧结砖的制备方法。
【背景技术】
[0002]长期以来，我国砖瓦工业的主导产品一直是实心粘土砖，粘土砖的制备存在着毁坏环境、生产煤耗高等问题。而由火电厂产生的粉煤灰年排放量高，堆积占地100多万亩，污染十分严重。而利用粉煤灰等废弃物制作建筑用砖，是发展节能、节地、利废、保温、隔热的新型墙体材料的主要方向。同时，循环流化床机组作为一种资源节约型的机组，可以有效利用低热值的能源，但是与此同时，其产生的粉煤灰是一种碳含量较高，难以被水泥、非烧结制品利用的废渣。如何高掺量、有效地利用电厂粉煤灰，尤其是循环流化床机组粉煤灰，一直是一个技术性难题。
[0003]制作粉煤灰烧结砖时，物料的均化对于砖体的质量至关重要，其中均化的前提是粘结基料的细化。传统工艺一般采用锤式破碎机、笼式破碎机、高速细碎对辊机对页岩等粘结剂料进行破碎，细度一般控制在3毫米以下。使用这种粒度的页岩粉，粉煤灰的掺量一般控制在25 wt%以下，否则将难以达到满意的产品合格率，产品强度受到影响，同时由于粉煤灰掺量低，焙烧过程还要人工外投较多的优质煤，能源消耗量高。而采用较高的粉煤灰掺量时，粉煤灰烧结砖湿坯强度低、干燥收缩大，残余水分大，导致在传统的工艺条件下，湿坯极易变形、开裂，强度低，成品率不高。并且传统的生产条件下，使用来自电厂的高硫含量的粉煤灰时，对烧结窑窑顶的腐蚀侵害大，窑体的维护和保养费用高，不适于长期大规模的工业化生产。
[0004]因此，为高效利用粉煤灰尤其是大量来自循环流化床电厂的粉煤灰，提供绿色环保的建筑擦料，仍需要进一步对物料的选择，以及相应的混料、干燥、成型、烧结等工艺进行改进。
【发明内容】
[0005]为克服传统的粉煤灰烧结砖制作工艺的缺陷，提升产品质量和性能， 申请人:经过长期研究，提出了本发明的粉煤灰烧结砖的制备方法，其包括原料准备、混料、陈化、成型、干燥、和焙烧步骤，其中:
所述原料准备步骤包括:将页岩送入破碎机进行破碎，而后送入磨粉机进一步的细化处理，细化处理后的页岩粉的粒度在2mm以下,其中Imm以下的颗粒至少占80 wt% ;按照一定配料比例准备粉煤灰和细化处理后的页岩粉，所述配料比例为，粉煤灰占粉煤灰和细化处理后的页岩粉的总重量的为62-78 wt% ；
所述干燥步骤包括:采用大断面隧道式单层干燥室进行干燥，成型的砖坯在干燥室内单层码放，砖坯之间无叠压，干燥室的送风温度为110~130°C，干燥时间为36至48小时；所述焙烧步骤包括:在大断面隧道窑中进行，烧成温度为1050-1100°C，整个焙烧时间为42-50小时。
[0006]进一步，所述原料准备步骤中的破碎机为锤式破碎机、或高速细碎对辊机中任一种，磨粉机为摆式磨粉机。优选地，所述细化处理后的页岩粉中，粒度小于0.25mm的占35-45 wt%0
[0007]通过破碎后再粉磨的操作，一方面可以有效地降低页岩粉的粒度、并提升颗粒的粒度均匀性；另一方面，经过粉磨后，页岩粉颗粒中的尖锐边角被磨去，大部分呈现出近球形的形状。在同样的粒度下，球形颗粒与粉煤灰之间的级配性更好，所形成的粘结骨架结构均匀、强度好，有利于高掺杂量粉煤灰的实现。此外，细小的球形颗粒的表面活性高，更利于烧结过程的进行，可以降低烧结能耗，并也有利于烧结强度的提高。而在控制颗粒级配上，经过反复试验，发现只需要页岩粉的粒度在2mm以下，其中Imm以下的颗粒至少占80 wt%,粒度小于0.25mm的占35-45 wt%，就可以达到良好的效果，而不必过细，否则会造成非常大的设备成本和细化处处理所需的电耗。
[0008]进一步，所述混料步骤包括:依照原料准备步骤中的配料比例，将粉煤灰和细化处理后的页岩粉送入棒式混料机，进行混合处理；混合均匀后，送入第一道双轴搅拌机中，加常温水进行搅拌；搅拌均匀后，送入第二道双轴搅拌机中，以粉煤灰和细化处理后的页岩粉的总重量计加入13-20 wt%的80 oC以上热水或水蒸汽进行搅拌。
[0009]通过混料-搅拌-再搅拌，可以有效提高原料混料的均匀性，使得页岩粉颗粒均匀地分布在粉煤灰中，有利于成型和烧结强度的提高。此外，还可以通过重复上述混料-搅拌-再搅拌的步骤2-3次，进一步提高混料效果。混料后的陈化时间优选为72小时以上。对砖坯的成型则优选采用双级真空挤砖机挤出成型，挤出压力为2.5~3.5MPa，挤砖机的真空度为-0.15 Mpa~-0.09Mpa，如此得到的泥条密实而表面光洁，得到产品质量更优。
[0010]进一步，所述干燥步骤中，采用塔式送风器将干燥热风送入干燥室，并通过自动化装卸载系统控制的指状叉车将成型的砖坯码放至干燥车上；所述干燥车上固定设置有多层托盘，每层托盘上只码放单层砖坯，相邻两层托盘之间的距离为码放的砖坯高度的至少1.5倍；待干燥完成后，通过自动化装卸载系统控制的指状叉车进行卸载。
[0011]传统干燥室为叠压码放、采用送热风机送热，坯体易变形、干燥效率较低、效果较差、合格率较低。本发明采用固定设置多层托盘的干燥车，实现了大批量、单层干燥工艺，与传统的隧道干燥室结构相比而言，坯体之间无任何叠压，大幅提高了干燥接触面，彻底消除了因加入塑性较低的粉煤灰叠压变形的风险；同时采用的塔式送风器将干燥介质送入干燥室，形成强烈的侧向扰动和循环，大幅提高了干燥效果。此外，采用大断面隧道干燥室，有利于干燥气体在砖坯之间的充分流动，并有助于温度场的均匀化，进一步提高了干燥质量。采用上述干燥工艺，干燥合格率为99%以上(传统干燥室使用传统原料合格率仅为85%到90%)，表现为残余水分低，仅为2~4% (传统干燥室残余水分为6~8%)。
[0012]进一步，所述焙烧步骤中使用的大断面隧道窑的窑顶和吊挂采用T型烧结耐火砖结构，断面宽度为6.4-7.0m,优选为6.9m,并且所述焙烧步骤包括第一阶段升温、第二阶段升温、和保温工序。第一阶段升温工序为以35-40°C/小时的速度升温至第一阶段升温结束温度，所述第一阶段升温结束温度为600°C-650°C，第二阶段升温工序为从第一阶段升温结束温度以7(T90°C/小时的速度升温至烧成温度，保温工序为在烧成温度保持恒温直到焙烧结束。
[0013]传统的隧道窑顶，普遍采用“耐热混凝土结构吊顶”，其耐热水泥中含有较高的碱性，而粉煤灰，尤其是循环流化床粉煤灰含硫量较高，烧结过程中会产生酸性气体，极易破坏耐热混凝土吊顶结构，同时传统的窑顶结构采用耐热钢吊钩，对于酸性腐蚀防御性也较差。
[0014]本发明使用T型吊挂耐火砖结构。T型吊挂结构采用设计好的T型耐火材料，交由耐火材料厂按要求的模具成型并烧结制出高铝质T型耐火砖，再由耐热钢构固定在次梁(H梁)上，形成一个方阵式的隧道窑窑顶，其之间的空隙及其之上的复合结构，采用一定量的普通型硅酸铝纤维毡、火山岩棉、等密封和覆盖，形成一个完整的窑顶结构。这种窑顶结构由耐火砖直接接触火焰，不但耐高温，还解决了抗腐蚀性的问题和热应力释放的问题。其对于粉煤灰的酸性有极强的免疫力，大幅提高了隧道窑的使用寿命，特别适合原料中粉煤灰掺杂量较高的情况，能做到基本免维护，有效解决了传统隧道窑耐酸性低、维护频繁、维护成本高等缺陷。
[0015]本发明中还对升温过程进行了精细化的控制，通过精确分段控制升温和烧结工序，使得坯体中的挥发质在受控的速度下的得到有效地排除，并使得升温过程中砖坯内部的温度场分布和变化更为均匀，有效降低了烧结变形和收缩情况，进一步提高了成品率和成品强度。
[0016]此外，本发明的原料中，还可以进一步加入煤矸石成分。
[0017]本发明的上述方案，即可以用于制造多孔砖、空心砖，也可用于制造实心砖。
[0018]总体上，本发明通过对页岩粉的颗粒度级配进行了优化选择，引入可大规模连续化生产的单层干燥工艺系统，解决了超高掺量粉煤灰烧结砖的干燥过程中结构和强度稳定性的问题，并且通过多次搅拌、强制混合、分段加热保温等工艺过程，进一步提高了产品结构的稳定性，成功实现了超高掺量粉煤灰大规模工业化生产，得到烧结砖的成品率高，强度优异，重量进一步减轻，同时有效地降低了烧结能耗，并提高了制备效率，从而有利于粉煤灰烧结砖的进一步推广和应用，极具产业应用和市场价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1隧道式单层干燥室剖面示意图。
[0020]1-排潮风机，2-送风热管，3-塔式送风器，4-送风砌体，5-干燥车。
【具体实施方式】
[0021]实施例1:
按重量份备料:
物料名称重量份
粉煤灰62份
硬质页岩38份
将硬质页岩送入锤式破碎机中破碎，而后送入摆式磨粉机进行进一步细化处理，细化处理后的页岩粉的粒度在2mm以下，其中Imm以下的颗粒占82 wt%,0.25mm以下的颗粒占35 wt%0将粉煤灰和磨细后的页岩粉送入到送入棒式混料机，进行混合处理；混合均匀后，送入第一道双轴搅拌机中，加常温水进行搅拌；搅拌均匀后，送入第二道双轴搅拌机中，以粉煤灰和细化处理后的页岩粉的总重量计，加入15 wt%的90度的热水进行搅拌。
[0022]之后，将搅拌后的物料送入陈化库陈化72小时以上。将陈化好的物料通过双级真空挤砖机挤出成型，挤出压力为3.5MPa，挤砖机的真空度为-0.15 Mpa0
[0023]将成型的砖坯送入大断面隧道式单层干燥室干燥，具体为由指状叉车放至固定设置有多层托盘的干燥车5上，每层托盘上只码放单层砖坯待。送风热管2连接塔式送风器3和送风砌体4。采用塔式送风器3将热风送入干燥室内，风温度为125°C，干燥时间为40小时，干燥后的残余含水率为2.5 wt%。塔式送风器3将隧道窑送来的热风送到干燥室最底层，达到充分换热的效果。干燥后产生的潮湿空气将由干燥室尾部的排潮风机I排出。干燥车5采用多层托架式干燥车5，每一层托架只放置一层产品，无任何叠压，规避了粉煤灰原料制成的湿坯强度低、易因叠压变形的问题。
[0024]干燥完成后，通过自动化装卸载系统控制的指状叉车进行卸载，并将砖坯送入断面宽度为6.9m的大断面隧道窑进行焙烧。首先以35°C/hour的速度升温至为620°C，之后以85°Chour的速度升温至1050°C并在此温度保温，整个焙烧时间为48小时。焙烧完成后自然冷却，即得到本发明的高掺量粉煤灰烧结砖。
[0025]实施例2:
按重量份备料:
物料名称重量份
粉煤灰65份
硬质页岩35份
将硬质页岩送入锤式破碎机中破碎，而后送入摆式磨粉机进行进一步细化处理，细化处理后的页岩粉的粒度在1.8mm以下，其中1.5mm以下的颗粒占85 wt%,0.25mm以下的颗粒占40 wt%0将粉煤灰和磨细后的页岩粉送入棒式混料机，进行混合处理；混合均匀后，送入第一道双轴搅拌机中，加常温水进行搅拌；搅拌均匀后，送入第二道双轴搅拌机中，以粉煤灰和细化处理后的页岩粉的总重量计，加入18%的水或水蒸汽进行搅拌。
[0026]之后，将搅拌后的物料送入陈化库陈化72小时以上。将陈化好的物料通过双级真空挤砖机挤出成型，挤出压力为3 MPa，挤砖机的真空度为-0.1 Mpa0
[0027]将成型的砖坯送入大断面隧道式单层干燥室干燥，具体为由指状叉车放至固定设置有多层托盘的干燥车5上，每层托盘上只码放单层砖坯待。送风热管2连接塔式送风器3和送风砌体4。采用塔式送风器3将热风送入干燥室内，风温度为115°C，干燥时间为48小时，干燥后残余含水率为2.2 wt%。塔式送风器3将隧道窑送来的热风送到干燥室最底层，达到充分换热的效果。干燥后产生的潮湿空气将由干燥室尾部的排潮风机I排出。干燥车5采用多层托架式干燥车5，每一层托架只放置一层产品，无任何叠压，规避了粉煤灰原料制成的湿坯强度低、易因叠压变形的问题。
[0028]干燥完成后，将砖坯送入断面宽度为6.9m的大断面隧道窑进行焙烧。首先以38°C/hour的速度升温至为600°C，之后以90°C/hour的速度升温至1100°C并在此温度保温，整个焙烧时间为44小时。焙烧完成后自然冷却，即得到本发明的粉煤灰烧结砖。
[0029]实施例3:
按重量份备料:
物料名称重量份粉煤灰70份粘土30份
其余制备工艺与实施例1相同，区别仅在于使用高速细碎对辊机进行粘土的破碎，并将烧成温度设定在1080°C实施例4:
按重量份备料:
物料名称重量份
粉煤灰72份
硬质页岩28份
其余制备工艺与实施例1相同，区别仅在于干燥室的送风温度为128°C，干燥时间为38小时，并将烧成温度设定在1070°C实施例5:
按照实施例2的工艺制备，区别仅在于按照如下步骤进行焙烧:以40°C/hour的速度升温至为650°C，之后以70°C/hour的速度升温至1100°C并在此温度保温，整个焙烧时间为42小时。焙烧完成后自然冷却，即得到本发明的粉煤灰烧结砖。
[0030]以上所述的实施例并不构成对该技术方案的保护限定，对于本发明所述【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种粉煤灰烧结砖的制备方法，包括原料准备、混料、陈化、成型、干燥、和焙烧步骤，其特征在于: 所述原料准备步骤包括:将页岩送入破碎机进行破碎，而后送入磨粉机进一步细化处理，细化处理后的页岩粉的粒度在2mm以下,其中Imm以下的颗粒至少占80 wt% ;按照一定配料比例准备粉煤灰和细化处理后的页岩粉，所述配料比例为，粉煤灰占粉煤灰和细化处理后的页岩粉的总重量的为62-78 wt% ； 所述干燥步骤包括:采用大断面隧道式单层干燥室进行干燥，成型的砖坯在干燥室内单层码放，砖坯之间无叠压，干燥室的送风温度为110~130°C，干燥时间为36至48小时； 所述焙烧步骤包括:在大断面隧道窑中进行，烧成温度为1050-1100°C，整个焙烧时间为42-50小时。
2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料准备步骤中的破碎机为锤式破碎机、高速细碎对辊机中任一种，磨粉机为摆式磨粉机。
3.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述细化处理后的页岩粉中，粒度小于0.25mm 的占 35-45 wt%。
4.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混料步骤包括: 依照原料准备步骤中的配料比例，将粉煤灰和细化处理后的页岩粉送入棒式混料机，进行混合处理；混合均匀后，送入第一道双轴搅拌机中，加常温水进行搅拌；搅拌均匀后，送入第二道双轴搅拌 机中，以粉煤灰和细化处理后的页岩粉的总重量计，加入13-20被％的80 oC以上热水或水蒸汽进行搅拌。
5.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陈化时间为72小时以上。
6.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成型步骤采用双级真空挤砖机挤出成型，挤出压力为2.5~3.5MPa，挤砖机的真空度为-0.15 Mpa~-0.09Mpa。
7.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥步骤中，采用塔式送风器将干燥热风送入干燥室内。
8.权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述干燥步骤中，通过自动化装卸载系统控制的指状叉车将成型的砖坯码放至干燥车上；所述干燥车上固定设置有多层托盘，每层托盘上只码放单层砖坯，相邻两层托盘之间的距离为码放的砖坯高度的至少1.5倍；待干燥完成后，通过自动化装卸载系统控制的指状叉车进行卸载。
9.权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧步骤中使用的大断面隧道窑的窑顶和吊挂采用T型烧结耐火砖结构。
10.权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述大断面隧道窑的断面宽度为6.4-7.0m，优选为 6.9m。
11.权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧步骤包括第一阶段升温、第二阶段升温、和保温工序，其中: 第一阶段升温工序为以35-40°C/小时的速度升温至第一阶段升温结束温度，所述第一阶段升温结束温度为600°C-650°C ； 第二阶段升温工序为从第一阶段升温结束温度以7(T90°C/小时的速度升温至烧成温度； 保温工序为在烧成温度保持恒温直到焙烧结束。
【文档编号】C04B18/08GK104129972SQ201410352207
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】赵逸川 申请人:赵逸川