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磷酸鹽磚的干燥和熱處理

时间:2020-01-02     作者:凱瑞得窯爐【原创】   阅读

磷酸鹽磚.jpg

1  前 言

      磷酸鹽結合的不燒高鋁磚(以下稱磷酸鹽磚)主要適用于水泥工業。幾年來,隨著市場的逐漸開發,磷酸鹽磚的銷售量越來越高。由于磷酸鹽磚生產工序的特點是:配料、預混和、困料、混合、熱處理等,公司目前還沒有固定的生產線,穿插在各車間中進行生產。因此,合理協調各工序間生產和制定合理的工藝參數,對保證質量與交貨期顯得尤為重要。干燥和熱處理工序占生產時間的50%,原執行的干燥方法和熱處理制度制約了生產,且產品質量不穩定。生產實踐中對這兩工序的工藝參數的調整成為一個亟待解決的問題。

2   分析和試驗

2.1基本原理

      磷酸鹽磚是以特級礬土熟料為主要原料,加入適量的磷酸水溶液,經過預混和、困料、混合、成型、干燥、熱處理等工序制成。磷酸本身并無粘結性,當它與特級礬土熟料等原料的中性氧化物,弱堿性氧化物發生化學反應生成磷酸鹽后,才使它表現出良好的粘結性。所形成的結合作用,除了與被結合材料產生的化學反應以外,主要是酸式磷酸鹽的聚合以及粘附作用造成的。磷酸基離子以各種方式將其聯結成長鏈平面網狀或空間骨架結構的大分子,磷酸基PO4中的氧就起此種聯結作用,從而使坯體凝結硬化。所形成的酸式磷酸鹽取決于反應時由于中和程度,即氫被取代程度不同,主要有磷酸二氫鋁 [Al(H2PO4)3 ]磷酸氫鋁[Al2(HPO4)3 ] —般認為主要組分為[Al(H2PO4)3]。由于它在常溫下可溶于水,當用以組成混和料后,仍可使其長期保持可塑性,但當加熱到一定溫度后,酸式磷酸鋁可變成焦磷酸鋁和偏磷酸鋁,并隨之發生聚合反應。

      偏磷酸鋁聚和物[Al(PO3)3]存在于400℃以上的溫度,由于此種新的化合物的形成和聚合以及同時形成較強的粘附作用,使結合體獲得強度。隨著溫度的提高,偏磷酸鋁也可發生分解作用而生成 AlPO4與P2O5 ,P2O5與Al2O3也可形成AlPO4,使結合體的強度得到提高。因此,磷酸鹽磚能具有強度高,耐磨性好的特點。

2.2 工藝措施

      由于成型后的磷酸鹽磚坯體內含有4%〜5 %的水份,因此磚坯必須經過干燥,才能提高其機械強度,有利于運輸,裝窯操作,保證制品的外觀質量,依據公司的生產條件,規程規定干燥在隧道干燥器中進行,磚坯入干燥窯前必須自然干燥,干燥時間不少于12h,入窯溫度60〜80℃,出窯溫度110〜130 ℃,干燥時間不小于48h,干燥后殘余水份≤1 %;熱處理在改用煤氣作燃料的倒焰窯內進行,裝窯輕拿輕放,做到平、穩、直、松磚拉縫,留好火道。

2.3 工藝中存在的問題和改進方案

     在實際生產過程中按2.2中的規定執行。由于在生產磷酸鹽磚的同時,燒成磚的生產也在同時進行原有工藝參數在生產實際難以控制,結果造成干燥車周轉不暢,影響了成型工序的正常生產,且干燥,熱處理時間偏長,影響了交貨期。熱處理過程中裝窯火道預留不當,溫度偏高,造成窯內頂部的磚坯過燒(變紅),底部的磚坯欠燒(變黑),大大降低了產品合格率。

     為了改善生產狀況,基于2.1中的基本原理和隧道干燥器、倒焰窯的工作原理對部分工藝參數進行改進。

     隧道干燥器一般采用逆流干燥原理,進干燥器的水分較高的磚坯與溫度不高、濕度較大的氣流接觸不易產生廢品,當干燥進行至一定階段,磚坯中含水較少,此時遇到溫度高運度低的熱氣流可以加速干燥過程,磷酸鹽磚坯含有4 %〜5 %的水分,不宜直接進入隧道干燥器,否則,在干燥過程中(主要排出磚坯內的水分),由于受到高溫氣流沖擊作用和受熱不均勻,形成急劇地不均勻的排水,尤其是磚坯表面明顯硬化后,內部又急劇排水所形成的應力作用引起表面發生裂紋,因此必須經過在空氣中自然干燥一段時間后,才能進入隧道干燥器。磷酸鹽磚坯的干燥宜采用“低溫大風量”干燥法。“低溫” 有益于緩慢均勻排水和避免磚坯表面早硬化;“大風量”有益于蒸發并帶走濕空氣,提高干燥效率。生產實踐表明,自然干燥不小于8h,控制窯內入磚端溫度60〜80℃,出磚端溫度100〜120℃,并敞開出磚端窯門,干燥時間不小于12h,干燥后的磚坯殘余水份小于0.3%,干燥后的磚強度可以滿足運輸和熱處理裝窯的要求。http://www.elvtyc.icu

      倒焰窯是一種間歇式窯爐,因為煙囪的抽力,迫使從火箱出來的煙氣經過制品、吸火孔、支煙道進入主煙道,經煙囪排入大氣中,窯內的氣流采用由上而下的“倒焰”方式。在低溫階段,窯內的傳熱方式主要靠熱煙氣以對流方式傳給制品,制品本身則靠不穩定導熱方式將熱量由表面傳至中心。磷酸鹽磚的熱處理溫度500〜600℃,因此,合理布置裝窯,調節窯內擋火墻的高度,使窯內氣流順暢,達到窯內溫度均勻,也便于各溫度范圍的升溫,保溫過程中的窯溫控制,設在窯底的吸火孔的作用是排煙,它的總面積的大小與分布情況,對窯的操作控制和窯內水平截面上的溫度均勻性關系極大。如總面積太大,氣流很快就從吸火孔跑掉,熱量不能充分傳給制品,熱利用較差,燃耗較高,窯溫不易控制;如面積太小,排煙阻力又大,升溫困難,容易造成窯內上下溫差大。根據實踐經驗,裝窯前在打底炕時,以窯內中心線為基準,靠近主煙道排煙口一側,底炕要遮蔽吸火孔,遠離主煙道排煙口一側,底炕要在兩排吸火孔之間鋪置,留下吸火孔位置,這樣會更好地使窯內水平截面上的溫度分布均勻,擋火墻的作用是使熱煙氣具有一定方向與流速,合理地送至窯內。擋火墻的高低將嚴重影響窯內上下溫差。擋火墻太低,氣流大部分不能達到窯頂,直接進入窯的下部,使下部溫度高,上部溫度低;反之,若擋火墻太高,氣流將全部直沖窯頂,甚至集中在窯的頂點,造成上下溫差大,上部的制品易過燒,下部制品易生燒。故要根據實際情況合理調整,以便大部分氣流送到窯頂,小部分直接進入窯的下部。根據實踐绖驗,裝窯高度與擋火墻高度之差為300〜400mm為宜。

      為了使窯內有足夠的熱氣流在窯內流動,防止局部磚坯過燒,達到磚坯充分熱處理的目的,磚垛與窯頂、當門襠火墻之間要有合適的距離,磚列之間的距離,磚列的寬度,磚縫的大小也要合適。

      由2.1中的基本原理可知,磷酸鹽磚熱處理后的強度高低取決于偏磷酸鋁聚和反應的程度,所需要的溫度在300℃以上。因此,溫度小于300℃時在保證排除磚坯中殘存的自由水和大氣吸附水時磚坯無裂紋的情況下,可以適宜地提高升溫速度。

      磷酸鹽磚熱處理過程中的燒火操作對產品質量影響較大,除了正確按溫度制度操作外,保證窯內的壓力和氣氛也是必須的。因此需要合理調整閘板和煤氣與空氣配比來達到需要。低溫階段(0〜200℃)主要是排除磚坯中殘余的自由水和大氣吸附水,應將閘板打開,以便增大煙囪的抽力,將水份盡快帶走;中溫階段(200〜500 ℃)主要是焦磷酸鋁的生成和偏磷酸鋁的聚合反應,閘板可適當降低,以便更好地控制窯溫,使反應充分進行;保溫階段應降低閘板,使窯內下部溫度提高,以使全窯溫度均勻一致。止火后打開閘板,窯溫降至300℃以后打開窯門,以便使窯溫快速降下來,盡早出窯。在整個升溫過程中,窯內的溫度、升溫速度與氣氛、壓力都在發生變化,因此需要精心調整煤氣和空氣的配比和閘板的位置,使熱處理在微正壓、氧化氣氛中進行。

3  遺留問題的解決

     1.由于磷酸鋁鹽易溶于水。在干燥后,磚坯表面易出現“吸潮”,應盡快組織裝窯進行熱處理。否則,磚坊邊角易破損,也會影響熱處理的效果。熱處理后的成品也應在干燥處存放。

     2.完善倒焰窯窯體的封閉和煤氣、空氣的計量裝置,有利于熱處理工序的操作。

     3.如果兩座倒焰窯共用一個煙囪時,兩窯必須交替生產。

     4.每座倒焰窯窯門處都要使用同一種測溫裝置,使用熱電偶測溫時,測溫一端應靠近磚垛,并且插入窯內的位置深度要一致。

4  結論

      磷酸鹽磚是一種不燒磚,干燥和熱處理工序的工序質量對制品質量、生產時間起著主導作用。在磚坯自然干燥不少于8h,正確、合理的布置裝窯的條件下,適當調整干燥、熱處理方法可以有效地解決了生產時間長,產品質量不穩定等問題,可縮短2天的生產時間,產品合格率提高了6 %。

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