从烧制青砖工艺看黑心砖的形成

「 2022-11-01 14:28:46 」

内燃砖焙烧速度快,所以国内烧结砖绝大部分采用全内燃或超内燃焙烧工艺,但普遍存在黑心砖的问题,本文就黑心砖谈点粗浅看法。

1、黑心砖的分类

黑心砖分两种,一种是没有烧透的黑心砖;另一种是缺氧造成的黑心砖。

1.1  没有烧透的黑心砖,形成的原因:一是由于窑炉温度低。二是预热带和焙烧带过短。这种砖一般强度较低,打开后可看见砖坯中间是黑色,用手或白色的东西擦一擦,会看到有染上的碳黑色。解决的办法是提高烧成温度,延长预热带和焙烧带。
1.2  缺氧造成的黑心砖,形成的原因:一是内燃高,坯体内的内燃越高,产生黑心的可能性就越大。如果是全内燃或超内燃砖,黑心就更严重;二是原料过细阻碍了氧气进入砖坯内部的速度和数量;三是预热带升温过急,砖坯表面过早烧结,氧气进不到砖坯内部;四是原料中含黄铁矿(FeS2)过多,如煤矸石中黄铁矿(也叫硫铁蛋)含量高。如果原料中含有的黄铁矿(FeS2),在焙烧中只有在黄铁矿完全分解之后,碳才能开始燃烧,因此极易造成黑心,铁元素也会转变成为黑色(各氧化铁的主要颜色是:Fe2O3是赤铁矿,显红色;Fe3O4是磁铁矿,显黑色;FeO是方铁矿,显黑色);五是焙烧操作不当造成。
这种砖一般强度较高,打开后可看见砖坯中间是浅黑色或蓝灰色,用手或白色的东西擦一擦,不会染上色。虽然形成黑心砖的原因多,但根本的原因是砖坯内部缺氧形成了还原气氛。我们知道,马蹄窑或叫罐罐窑,为什么又能烧红砖又能烧青砖。当然一般没有人用马蹄窑烧红砖,这是不赚钱的买卖,没人愿意做。如果要烧成红砖这就简单了,只要把砖坯烧好,把火一停就可以了。要烧出青砖,就有点复杂了,不但要把砖坯烧到烧成温度,在停火之前,还要在大灶里加很多煤,然后把窑封闭死,不能使空气再进入窑内,煤炭在缺氧的情况下能燃烧多少就燃烧多少,目的就是把窑内的氧气消耗完。同时我们先辈很聪明,怕封闭不好窑外的氧气的进入窑内,就采用向窑内渗水的办法,由于水蒸汽的作用,窑内的压力始终大于窑外的大气压力,这样外面的氧气就不会进入窑内,烧好的产品就会在缺氧的气氛中进行着化学变化,水蒸气也会参与化学反应,最终变成青色砖。
通过马蹄窑烧青砖的原理,我们也就知道了烧好的红砖,在缺氧的气氛中就会变成青砖。那么烧好的红砖为什么在缺氧的气氛中就会变成青砖?这就铁的氧化物的不同形态的变化造成的。三氧化二铁(Fe2O3)显红色,氧化亚铁(FeO)和磁铁矿(Fe3O4)显灰黑色,这些含铁矿物都是砖的着色剂。

 2 消减黑心砖的办法

在焙烧中如何减少黑心砖,就必须使砖内部不缺氧。具体做法:一是混合料的颗粒级配要合理,在保障坯体强度的前提下适当的加一些硬质页岩,提高粗颗粒的比例,使氧气能顺利的进入砖坯内部;在同样的焙烧温度下,粗颗粒多的混合料做的砖就可能没有黑心,而细料多的混合料做的砖就可能有黑心(如图1)。

图片

图1

一个厂用不同混合料做的砖

左边一块没有黑心



虽然左边一块砖虽没有黑心,但由于粗颗粒太多,强度很低。所以仅靠增加粗颗粒来消除黑心砖是不可取的。内燃热值的配比尽量控制在85%以下,不足部分在焙烧带再补充外燃是控制黑心的有效办法之一。再是延长预热带的长度,而使坯体中的内燃尽量在高温预热带全部消耗掉,防止砖坯进入焙烧带表面烧结后,内部还有残留的碳。因为在缺氧高温时碳比铁更活跃,就会夺取Fe2O3里的氧原子,把别人的东西抢夺过去占为己有,吐出CO2,使Fe2O3变成氧化亚铁FeO或Fe3O4,砖的内部就会由红色变为灰黑色,成为黑心砖。还有在焙烧时,适当加大风量,也就是增加过量空气,尽量做到低温长烧。生产空心砖要减少外壁和内筋的厚度,尽量缩短空气进入坯体的路径。优化码坯方式也有助于减少黑心。空心砖提倡水平孔码放,实心砖要做到边密中稀,使坯垛中间通风畅通,增加穿流气体量。剔除黄铁矿(FeS2)成分也是减少黑心的有效方式,因它燃烧时需要的空气量是同样碳燃烧时的10~20倍。即使碳在高温预热带燃烧完,由于黄铁矿(FeS2)燃烧需要大量空气,也会造成砖坯内部缺氧,形成黑心。

不仅如此,防止黑心砖的办法还有其它的方法,在焙烧窑预热带700℃处加蒸汽,但要考虑窑炉的使用寿命和干燥室的干燥问题。加入化工原料,如氢氧化铵,吹氧气等,但要考虑成本问题 。