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    磚瓦組裝式隧道窯新標準的解讀及實施中的幾點建議(1)

           陜西寶深機械集團有限公司等單位在全國建材機械標委會組織領導下,順利完成了國家行業新標準《組裝式磚瓦隧道窯》的編制。國家工業和信息化部以2022年第23號發布了新制定的國家建材行業標準JC/T2665-2022《組裝式磚瓦隧道窯》,并于2023年4月1日起實施。為了更好地理解標準,貫徹執行標準,作為標準主要編制單位,對標準主要技術參數進行以下解讀,并對推廣組裝式磚瓦隧道窯的優勢、窯爐結構和耐火保溫材料進行了分析討論,對宣貫實施新標準提出了幾點建議,供磚瓦行業窯爐設備制造廠家和用戶參考。

            關健詞:組裝隧道窯、標準解讀解讀

            2022年9月30日,《中華人民共和國工業和信息化部公告2022年笫23號》,發布了建材機械十八項標準,其中涵蓋了新制定的國家行業標準JC/T2665-2022《組裝式磚瓦隧道窯》(以下簡稱“組裝隧道窯”),并于2023年4月1日起實施。該標準的發布和實施,對規范組裝隧道窯的基本參數和技術要求,進行統一的質量檢驗,判定出廠和型式檢驗是否符合質量要求提供了重要依據,在磚瓦行業引起強烈反響,對促進組裝隧道窯高質量的持續穩定發展將產生積極的作用。

            1.組裝隧道窯標準制定發布的必要性和緊迫性

            1.1企業發展需要本標準

            根據磚瓦窯爐建設存在的建設周期長,質量難以保障及用戶需求,結合西歐磚瓦隧道窯發展的實際現狀,陜西寶深機械集團有限公司從2010年前開始研究設計組裝隧道窯,在國內外大量調研了傳統砌筑吊掛平頂式隧道窯上百條,取眾家之長、集百家智慧,并請國家西安墻體材料研究設計院有關專家指導咨詢,經過反復論證,2011上半年完成了圖紙設計,于2012年底制造和建成了我國首臺組裝隧道窯的生產線,2013年3月通過陜西省科技成果鑒定,總評價是“組裝式節能高效隧道窯設計合理,技術先進,具有創新性。整體技術達到國內領先水平?!辈⒃诋斈戢@得國家發明專利三項和實用新型專利三項,具有自主知識產權。企業組織編寫的“組裝式隧道窯設備”標準由寶雞市質量技術監督局通過評審備案。這為許多墻材設備制造企業,在做好磚瓦原料處理、成型、切碼設備的基礎上,希望延伸到窯爐制作。同時,生產企業也希望設備供應、安裝、點窯、調試出合格產品,把一條完整生產線交給用戶。這就需要統一的標準來為用戶保駕護航。

         1.2市場迫切希望組裝隧道窯標準盡快制定發布
          組裝隧道窯研發成功后已先后在陜西春翔固廢科技有限公司、漢中市兩條生產線、河南確山縣和汝南縣新型建材有限公司、安徽寧國市和金寨縣墻材生產線、河北高碑店生產線、甘肅武威市、白銀市生產線、四川梓潼縣等十多條應用,市場前景好。但在跨地區推廣銷售時客戶提出沒有國家承認的行標或國標,用戶心生疑慮,雖有企業標準,但用戶不放心。另外在工程承包時,擠出的磚坯能否保證干燥燒成質量成為用戶最大擔心和關注焦點,出現產品缺陷是擠出成型造成,還是干燥燒成的原因往往責任不清。因此,迫切需要盡快制定發布行業或國家標準,更好服務磚瓦行業。
          1.3行業發展需要組裝隧道窯標

           2010年到2020年,我國磚瓦行業生產規模還不高,發展水平相差甚大,輪窯加自然干懆和小斷面隧道窯較為普遍,西部地區更為落后。2019年10月30日,國家發展和改革委員會發布了第29號令,確定了產業結構調整指導目錄,2020年12月31日前淘汰磚瓦輪窯。寶深機械集團研發推出的高效節能型組裝式隧道窯,符合國家產業發展方向,完全可以取代落后的輪窯和小斷面隧道窯,組裝隧道窯標準在國家建材機械標委會的推動下,列入新制定的“十三五”行業重要標準計劃項目,在體系中的編號為1-14.3.1。寶深機械集團成為標準主要負責和主要參加起草單位,為結束組裝隧道窯無國家行業標準的歷史,促進組裝隧道窯未來發展做出了貢獻。
           1.4 節能緑色發展需要組裝隧道窯標準
           
    隧道窯向寬、矮和較長方向發展己成為行業節能和緑色發展的共識。上世紀90年代前,隧道窯內寬大多數在1.5m~4m之間。引進消化和集成研發創新后,隧道窯內寬提高到在3.5m~10m之間。四川地財窯爐科技有限公司為仁壽縣天府河山建材廠承建的大斷面隧道窯,窯內寬9.6m,生產頁巖標準實心磚時碼坯方式為5壓11,碼高為17層,橫向碼8垛。夏天能耗為1086KJ/kg(260kcal/kg);冬季能耗為1170kj/kg(280kcal/kg)。與該公司內寬4.8m的兩條隧道窯相比較,能耗下降了15%,產量和質量也實現超越。按照磚瓦工業隧道窯熱平衡和熱效率測定與計算方法,同層數一條9.6m隧道窯碼坯量與兩條4.8m隧道窯碼坯量基本相同,但卻少了兩道窯墻,窯體散熱明顯降低,加上窯車總重量和進出窯次數減少等因素,熱量支出降低是必然的結果。如果按四川地財窯爐科技有限公司內寬9.6m隧道窯日產50萬塊標準實心磚計算(萬塊磚能耗折標煤1.3t),年節約能耗折標煤3000t以上,碳排放減少7000t以上。地財窯爐建成的大斷面隧道窯節能效果,充分說明了寬斷面發展優勢。這次組裝隧道窯標準制定起點較高,內寬最小為4.6m,直接淘汰了國內目前還存在的1.8m~4.5m小斷面,對于促進綠色、節能、減碳排放起到積極的作用。

            2、國內外組裝式隧道窯標準簡況

            2.1國內:濕法砌筑窯墻和吊掛平頂式隧道窯、傳統輪窯和隧道窯等墻材行業標準已基本齊全,如JC982《磚瓦焙燒窯爐》;JC/T428《磚瓦工業隧道窯熱平衡、熱效率測定與計算方法》;JC/T《輪窯熱平衡、熱效率測定與計算方法》;GB50309《工業爐砌筑工程質量檢驗評價標準》;GB211《工業爐砌筑工程施工及驗收規范》;移動式環形隧道窯行業標準等。但未有干法制造安裝的組裝式隧道窯標準,而且上述標準無法取代或參照使用。深機械集團在無國家標準的前提下,依據自己的企業標準,在甘肅白銀市建成了內寬4.8m組裝式隧道窯,生產運行了近五年,效果理想。又在陜西咸陽市某煤礦區僅有狹窄的廠區建成了雙條內寬7.3m組裝式隧道窯(見圖1),并對生產線主要設備和組裝隧道窯及大氣污染物排放技術參數進行了大屏幕顯示和控制操作(見圖2)。設計日產量50萬塊,原料為全煤矸石,一次碼燒工藝,超內燃焙燒,每天消耗全煤矸石1000t以上。幾年的生產實際運行,組裝隧道窯經受到了高溫和超內燃的焙燒考驗,產量和環保指標技術上完全可行,產量和環保指標沒有問題。由于狹窄的場地,建設其他窯爐受限制。而組裝式隧道窯窯墻僅500mm,與濕法砌筑窯相比,四道窯墻就減少了近7m,把不可能變為可能。

                   圖1:雙條內寬7.3m組裝窯           圖2:大屏幕顯示和控制操作

           2.2國際裝配式隧道窯成為美國、歐洲等發達國家磚瓦企業的主要窯爐熱工設備。據資料介紹,組裝式隧道窯是歐洲瓦行業普遍采用的焙燒窯之一,起步早,發展快,技術指標先進。圖3和圖4是歐洲某公司2000年前建成生產磚和瓦的組裝式隧道窯,焙燒

     

      圖3:歐洲某公司燒磚組裝窯               圖4:歐洲某公司燒瓦組裝窯

           瓦的窯爐的基本技術參數為:長190.5m;內寬8m內高0.55m;燒成溫度1050℃;燒成周期20.7h;熱能耗430Kcal/kg。焙燒空心砌塊的窯爐的基本技術參數為:長137m;內寬6.8m;內高1.65m;燒成溫度950℃;燒成周期20h~24h;熱能耗320Kcal/kg。雖然制造組裝式隧道窯的公司有較詳細的企業技術參數標準,但還未形成社團、國家或國際標準。技術參數與我們基本相同,但我國許多磚瓦生產企業能耗低于國際先進窯爐指標,如美國SD公司,德國凱樂公司,意大利BEDESCHI公司等。這一現象不正常,可能與制磚原料、燒成周期、保溫時間、燒成溫度及產品強度要求等有關。從慕尼黑國際陶瓷展展示的組裝式隧道窯和國際先進的寬矮型組裝式隧道窯焙燒裝飾磚看(見圖5和圖6),結構設計和窯爐材料選擇非常嚴謹,裝配尺寸精準細致,外觀裝飾簡潔明快,讓人耳目一新。

    圖5:慕尼黑國際陶瓷展展示的組裝窯     圖6:寬矮型組裝窯焙燒裝飾磚

          3、標準主要條款解讀與組裝式隧道窯結構設計材料選擇
          3.1標準適應范圍與基本參數
          3.1.1標準適應范圍:國家建材行業標準JC/2665一2022《組裝式隧道窯》適應于燒結磚瓦產品,其它燒結產品能否參照,標準未說明。就個人看法,除磚瓦產品外,陶瓷墻地磚、發泡陶瓷、砌塊、墻板、日用陶瓷、建筑衛生陶瓷等均可參照。只要按照原材料的不同性能,產品的不同要求,調整好燒成溫度和燒成周期,合理的選擇適應性更強的耐火保溫材料及鏈接構件,對送風和排風環節重新計算后,就能設計出適應于各種燒結制品的組裝隧道窯。

           3.1.2標準中基本參數解讀:標準列出了行業常用的4種規格型號的組

          裝式隧道窯基本參數,其中窯寬最小寸4.6m,最大尺寸≥9.2m。在國內還有大量的3.5m~4.5m的隧道窯,但考慮到國家生產規?;a業政策導向及大斷面比小斷面綠色節能、降碳、減材的實際,新標準未列入4.6m以下規格型號是科學合理的。

           標準中窯高的基本參數定為0.8m~2.24m,主要考慮了以下三個因素:一是成型方式和原料的特性。如果采用含水率較高的原料及半硬塑成型技術,碼坯過高,坯體會壓裂變形(見圖7),如果原料顆粒較粗,而且粘接能力差,過高碼坯時出現壓裂變形的可能性大為增加。二是盡可能的縮小窯斷面溫差,提高產品質量。窯過高會加大上、下溫差,對產品質量產生直接影響。另外,如果燒成溫度范圍較窄時,可能會在同一斷面出現過燒或燒不透的現象。我們知道,對原料的燒成范圍要求大于50℃,當組裝隧道窯斷面溫差小于50℃就會出現上述現象(見圖8)。由于碼坯過高,上、下溫差大,下部磚過燒變形,而上部磚顏色與中下部不同。標準規定了高度范圍,就是要根據原料和燒成溫度范圍確定組裝隧道窯高度,范圍大時可以取高值,小時則取低值,適當減少碼坯層數,避免過燒和欠燒發生,影響產品燒成合格率。三是給出的高度范圍為什么沒有給出一個不變的參數。主要是我國各地原料干燥焙燒收縮性能相差甚大,加上采取的工藝制度不同和設備性能差異,成型含水率也不同,會影響坯體干燥收縮的變化。因此,在設計組裝隧道窯時往往要將成型后的坯體高度,加上干燥焙燒收縮值和坯垛上與窯內平頂留縫間隙,最終確定組裝窯的高度。

     

    圖7:磚壓裂變形                      圖8:上、中、下部磚顏色不同

             標準中窯的長度參數為100m~160m,這是在統計近年來我國磚瓦隧道窯

          實際長度尺寸及出窯后產品溫度,確定組裝隧道窯不低于100m。窯長度過低時,窯車和燒成的產品出窯后溫度較高,熱損失較大,影響干燥熱量供給,不利于節能降碳。雖然個別地方隧道窯小于100m同樣能生產出合格產品,但能耗指標一定會受到影響,這是不爭的事實。超過160m,可能會更節能,但送風和排風系統的風機風量及風壓要增大,窯的造價也會提高,廠房面積和廠區面積也相應增加。在燒好磚的前提下,考慮節能和造價等因素,結合國內外窯爐長度實際,個人認為比較合理。按照標準究竟窯長怎么確定,與原料和焙燒制度有關,一般來說,頁巖磚可取低值,煤矸石磚可取高值,粘土磚在二者之間。內燃和超內燃燒磚取高值,外燃或以外燃為主取低值。還有其他因素的影響,這里不在詳述。

          標淮中窯門的數量規定≥3,這一參數有過爭論。目前國內現有的許多隧道窯生產廠家,大多數為單門或雙道門,正規設計院設計的組裝式隧道窯基本上為三道門,設三道門的優點為:窯爐焙燒進車便于控制燒成曲線,露風少,降能耗和降低窯爐氧含量,有利于大氣污染物排放達標。隧道窯設一道門或進、出端各設一道門,進、出窯車打開窯門后,窯爐在提降窯門時大量冷風進入,不但影響正常的燒成溫度發生變化,而且氧含量瞬間增大,大氣污染物排放也在短期內迅速升高,影響達標排放。

          組裝隧道窯新標淮中產量是按照窯寬參數,對應給出了四個日產量。當窯寬為4.6m、5.5m、6.9m、≥9.2m時,日產量分別應大于300t、400t、500t、600t。由于各地磚產品外觀尺寸相差甚大,未給出折合標磚萬塊數,這與國際通常計算產量的做法一致。燒成溫度給出了≤1200℃,符合磚瓦焙燒實際,大多數均在次溫度以下,甚止更低一些。綜合能耗參數執行國家標淮GB30526一2019《燒結墻體材料和泡沫玻璃單位產品能源消耗限額》的規定。

           3.2標準中技術要求解讀

           3.2.1基本要求:基本要求主要應領會以下幾點:①工廠加工制造時公差尺寸精度應符合相關國家標準中的規定;②設計圖紙和制造安裝技術文件應符合標準規定,③風機應選用節能風機,風量和風壓預留10%的儲備,預留過大形成空載,影響風機利用效率,過低則影響調節空間;④組裝隧道窯工廠制造不應出現裂縫、漏氣、塌落等缺陷,現場安裝時每模塊段(每模塊段在6m~9m之間)應設置安裝好防止熱脹冷縮的變形裝置,并按國家標準GB/T29058《墻材工業機械安全技術要求》和GB19517《國家電氣設備安全技術規范》做好機械及電器安全設計;⑤組裝式隧道窯熱風和燃燒系統管道設計應分別執行國家兩個標準GB50264《工業設備及管道絕熱工程設計規范》和GB50251《輸氣管道工程設計規范》中的規定;⑥窯車與窯車在組裝隧道窯內運行時密封設置是否合理,關系到生產線能否正常生產的主要環節之一,雖然沒有說單條還是雙條密封,建議盡可能雙道密封,并對砂封槽內砂粒度、厚度、窯車砂封板插入深度給出了數據,防止窯車上、下溫度干擾而影響組裝隧道窯正常產品焙燒。

           3.2.2整機性能要求:為了保證組裝隧道窯的節能效果,設計的窯爐熱平衡、熱效率應符合國家標準GB/T50528一2018《燒結磚瓦工廠節能設計標準》中3.4的規定要求,這是其一。其二是窯墻體外表溫度與環境溫度差應小于15℃;窯頂表面溫度與環境溫度差應小于20℃;管道外表面溫度不應大于50℃。在保證保溫材料熱工性能的前提下,將熱損失降到最低限度。其三,組裝隧道窯投產運行后第一次大修期不低于5年,并對窯墻模塊之間內墻面和窯頂模塊下平面尺寸偏差提出了小于5mm的要求,窯總長尺寸偏差則為±30mm。

           3.2.3主要零部件要求:標準從五方面列出了組裝式隧道窯主要零部件,并提出了相應的技術要求。①窯體鋼構件:要求材料的性能不應低于國家標準GB/T700一2006《碳素結構鋼》中Q235A中的規定;主要焊接件質量應符合國家建材行業標準JC/T532一2007《建材機械鋼焊件通用技術條件》要求,焊接表面質量符合標準表2中Ⅲ級,尺寸極限公差不低于該標準表3中B級規定;焊接后應校正變形,平面度每米不大于1mm,對角線長度尺寸偏差不大于5mm,側面與頂面垂直度不大于每米1.5mm;單節對角線長度尺寸偏差不大于5mm,平面度應小于每米1.5mm,全長不超過10mm。②耐熱掛件:組裝隧道窯耐熱掛件要求體現在材質、加工質量要求和吊掛力三方面。材料性能要求符合國家標準GB/T1220一2016《不銹鋼棒》中06Cr19Ni10的規定;加工質量要求不允許有裂縫、缺損、扭曲和毛刺等缺陷;單件吊掛力應大于500N。③組裝隧道窯墻模塊:標準要求單節平面度應小于每米2mm;對角線長度尺寸偏差不應大于5mm;全長不超過10mm;窯車碼坯面與內側面的垂直度應小于每米1.5mm。④窯頂模塊:單節平面度不應大于每米1.5mm;對角線長度尺寸偏差應小于5mm;全長不超過10mm;

           撓度尺寸規定:在窯寬不大于5.5m時,撓度尺寸偏差不大于5mm,窯寬不小于6.9m時,撓度尺寸偏差不大于10mm。⑤送熱排風管道:為了保證組裝隧道窯送、排管道質量和窯爐高效率運轉,對其輔屬的管道也提出了要求。首先要保證材料質量符合國家標準GB/T4237一2015《不繡鋼、熱扎鋼板和鋼帶》中06Cr19Ni10的規定;熱工管道保溫處理用絕熱硅酸鋁棉和巖棉材料性能應符合相關的國家標準要求;配置的熱工管道應設好膨脹節,以免產生熱膨脹應力而產生漏風漏氣等缺陷。(未完待續……)。

    參考文獻:
    [1] 林永淳、閆開放《組裝式節能高產隧道窯的研究開發》<《墻材革新與建筑節能》2017> - 百度學術
    [2] 閆開放,《制磚原料處理工藝與設備選型的建議》[J](磚瓦,2018<11>,111-114)
    [3] 閆開放,《一次碼燒工藝與設備選型的分析討論(三)》[J](磚瓦,2019<5>)
    [4]  閆開放、林永淳、師曉明、張軍倉《發展高品質煤矸石燒結制品工藝技術的分析探討(一)》(《磚瓦》|2021年第12期)
    [5]《組裝式磚瓦隧道窯》行業標準順利通過專家審查 - 國家建筑材料工業建材機械產品質量監督檢驗測試中心
    [6]熱烈祝賀寶深集團《組裝式磚瓦隧道窯》行業標準順利通過專家審查 (2020年10月)

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