燒結磚瓦生產技術

肖慧（西安墻體材料研究設計院有限公司，陜西西安710061）

第二章 制備

第一節 原料的開采

1 原料礦勘探

在新的磚廠建設以前，必須充分注意磚瓦原料礦的勘探工作，搞清原料的多少和使用價值，切實做到安全、可靠、經濟。盡可能地將工廠設在原料較為豐富的地方，開采集中、便于管理。成品的質量，在很大程度上取決于原料的質量，若磚廠建好后才發現它的原料礦儲量或質量有了問題，就會直接威脅到工廠的生存。

磚瓦原料礦勘探的特點是礦體埋藏較淺，一般都在地表，礦層不厚，產狀簡單，礦石質軟，勘探費用小，進度要求快，因此磚瓦原料礦勘探宜采用輕便的探鉆與少量的山地工程相結合的方式，以鉆探為主，輔以適當數量的山地工程。

1.1 輕便探鉆

1.1.1 洛陽鏟

由鏟頭、木桿、繩所組成，工具簡單、使用方便，深度可達10m，只需1人操作即可。適用于地下水位較低的及不含砂、礫層的地區。

1.1.2 北京鏟

鉆桿為Φ34mm的合金鋁桿，每2m左右為1根(節)，用螺絲扣互相連接，管壁厚4mm，鋁頭為勺形。北京鏟取土深度可達16m(起桿時需要卸桿)，足夠滿足磚瓦黏土勘探的要求。3～4人輪換操作，在土層正常情況下鉆孔進尺每班可達8m～10m。

1.1.3 爭光一10型輕便手提式鉆機

該設備能在土層及巖層中鉆進，可以取原狀土。這種鉆機較省力，但需要供油供水，不如北京鏟簡單方便。

1.2 探井

探井有4個作用：①觀察礦體產狀，夾雜物的含量及分布情況；②檢查鉆孔的質量，是否有混層現象及混層程度，鉆孔換層尺寸與實際出入大小；③簡易的水文地質觀察或抽水試驗；④取有代表性的用于半工業試燒的樣品和測定其體積密度、松散系數的樣品。

探井形式：在地下水位以上和土質較好的情況下多為圓井，其直徑為0.8m～1.0m；深度可挖至地下靜水位面，或地面下6m(視地層堅固情況而定)。圓井有利于井壁穩定，但有時為了操作方便也可挖矩形井，井口尺寸為0.8m×1.2m。在地下水位以下挖井時，一般應加木支撐以保證安全，此時井的開口尺寸應加大到2m×2m(按挖深6m考慮)。木支撐可在靜水位以下開始。

大方井人員上下時。腳可以踩在木支撐上，設安全索。大方井地下水位以下挖土時，須要邊抽水，邊挖土。抽水一般用小鐵桶提水，涌水大時，用水泵。土層不好，尤其是遇到沙層時，除了用木板支撐外，還需要準備一些稻草，墊塞在垂直擋板后面塌落井壁形成的空隙處，防止塌落范圍進一步擴大。

挖井需2～3人輪換進行，一般順利情況下，6m深的圓井或矩形小井3d可以挖一個。如遇地層不穩固，地下水位較高，需要支撐的大方井需4～5人，6m深大方井約需5d～6d。

1.3 探槽

在地形較陡的山坡上(傾角大于30°)，用探槽揭露水平或緩斜的層狀礦體，可以取得很好的效果，見圖1。如第3層礦體的底板深10m，用探井揭露比較困難且不安全，可在附近陡坡處用探槽揭露，同樣可見第3層底板。雖然挖土量大些，但操作方便安全，可以數人同時開挖，提高工效。

圖1 探槽剖面圖

探槽的斷面規格，視浮土與槽深度而定，當覆蓋層厚度超過3m時，不宜采用探槽。探槽大致規格可參見表1。

表1 探槽規格

作為磚瓦黏土礦勘探主要技術手段，輕便鉆、淺井、探槽很少單獨應用，常是幾種組合起來，取長補短以獲得較好的效果。

2 原科的開采

2.1 土的分類和開采方式

天然狀態的土壤，按其堅硬程度和采掘的難易以及開挖工具和方法可分為以下幾類(表2)。

表2 土的工程分類

開采時，為了少占農田和考慮經濟效果，應盡量擴大開采深度。一般情況下，最小開采的厚度不低于2m，而上層表土和中間夾雜物的剝離厚度不應超過挖掘總厚度的五分之一，否則經濟效益差。

采掘時，邊坡角和坡面角應合理。邊坡角根據巖石硬度、采掘深度、地下水的活動情況等確定。當開采黏土質頁巖時，礦層傾角大于30°，其坡面角應大于礦層傾角，否則巖石容易滑落。當開采第四紀(指至今有100～200萬年第四紀地層沉積形成的主要巖石，如黏性土、黃土、泥炭等)表土時，階段坡面角可取40°～45°。一般情況下，邊坡角與坡面角不能一致，否則不安全。

2 采掘方式

2.1 人工采掘

鄉鎮磚瓦廠多采用人工采掘的方式。

人工采挖未經爆破的黏土生產能力在2m3～8m3/人·班范圍內。在人推1t～2t的翻斗礦車、運距30m～300m的條件下，人工搬運爆破后的頁巖的生產能力是9.4t～15.4t/人·班。

2.2 挖掘機采掘

挖掘機不但能用于挖掘爆破后的頁巖，而且還可以挖掘含水率大于20%的1～4類黏土、粉煤灰和煤矸石等原料。挖掘機的種類很多，磚瓦廠一般多用單斗和多斗挖掘機。當采用正鏟式單斗挖掘機時，其工作面高度—般應不低于1.5m。如低于1.5m，則鏟斗不能裝滿，從而降低挖掘機的效率。適宜各類土的正鏟式挖掘機的挖掘高度參見表3。

表3 適宜的正鏟挖掘高度

下面簡單介紹幾種采掘的方法：

①分層開挖法

將工作面按機械的有效挖掘高度分為多層開挖（圖2）。適用于開挖大型坑體，工作面高度大于機械挖掘的合理高度時采用。

圖2 分層開挖法

Ⅰ-一層；Ⅱ-二層；Ⅲ-三層

②中心開挖法

以挖掘區寬度的中心開挖，見圖3，當向前挖至回轉角度超過90°時，見圖3，則轉向兩側開挖，汽車按“八”字形停放裝載。此法移動開挖位置方便，挖掘區寬度宜在40m以上。否則工作面小，汽車不能靠近正鏟裝載車，將增加回轉角度。適宜于挖掘較寬的山坡和礦坑。

圖3 中心開挖法

③順鏟法

鏟斗從一側向另一側一斗挨一斗地順序開挖，使每次挖土增加一個自由面，阻力減小易于挖掘。也可依據原料的堅硬程度，使每斗只挖掘2～3個斗牙位置寬的原料。適用于堅硬的原料，挖掘時不易裝滿斗，而且裝斗時間長時采用。

2.3 推土機推土

推土機推送距離15m～20m較為合適。一般要求不超過50m。目前國內有不少磚瓦廠用推土機作為采用三類以下土的主要設備。如推送爆破后的頁巖，能同時起到破碎作用。

推土機隨著推運距離的增加，效率顯著降低。因此該設備不宜做長距離的推運。

推土機常用的推土方式：

①槽形推土

從挖掘區的前段開始，推土機沿原行駛路線重復推土，使形成一條土槽。從而鏟刀前堆集的不由兩側外撒以增加堆土量。槽的深度以1m上下為宜，槽與槽之間的土埂寬約50cm。推出多條槽后，再從后面將土埂推入槽內，然后運出。運距較遠，土層較厚可以用此法。

②下坡推土

推土機順地面坡勢沿下坡方向推土，借重力的斜向分力作用，增加鏟刀的推土力量，增大鏟土深度和運土數量，提高生產率30%～40%，適用于土丘或土山。

③分堆集中、一次推送

當土質硬時，切土深度較小，將土先積聚在一個或數個中間地點，然后再整批推運到卸土點。堆積距離不宜大于30m，積土高度以2m左右為宜。適用運距較遠而土質比較堅硬的情況。

④并列推土

用兩臺或三臺推土機并列推運。鏟刀相距15cm～30cm。倒行時，分別按先后次序退回，可減少土從鏟刀兩側漏出的損失，提高生產效率15%～50%，但平均運距不宜超過50m～75m，亦不宜小于20m。

2.4 鏟運機采掘

鏟運機是使用廣泛的一種鏟土機械。它的特點是，操縱簡單靈活，不受地形限制，不需特設道路；能獨立作業，不需其他機械配合，一臺鏟運機能完成鏟土、運土、卸土等多道工序；行駛速率快，易于控制運行路線，易于轉移；動力及勞力消耗較小，生產率高。

鏟運機可挖運含水率低于27%的四類以下的土，但不適于在礫石層和凍土地帶及沼澤地區使用。當開挖三至四類較堅硬的土時，宜先用松土機配合，把土翻松0.2m～0.4m，以減少機械磨損，提高生產率。

常用的鏟運機技術性能見表4。

鏟運機的鏟土方式：

①順坡鏟土

鏟運機順地面坡勢下坡鏟土，或在施工中逐步創造一個下坡鏟土的地形鏟土。借機械往下開行時，附加的重力分力來增加刀片切土深度和土斗的充盈系數，縮短裝土時間，提高生產效率。裝土口容許極限坡度為0.15～0.2，鏟土厚度以20cm左右為宜。

②跨鏟法

預留土埂，間隔鏟土。土埂兩邊溝槽深度以不大于0.3m、寬度以不大于1.6m為宜。鏟土埂時，可增加兩個自由面，阻力減少，縮短鏟土時間，也可減少向外漏土，但松散的砂土不宜此法。

表4 鏟運機技術性能

③交叉鏟土法

開始鏟土的寬度取大一些，隨著鏟土阻力增加，適當減小鏟土寬度，使鏟斗很快裝滿，見圖4。挖第一排土時，互相之間相隔鏟斗的一半寬度，挖第二排土則退離第一排挖土長度的一半位置，與第一排所挖各條交錯開，以下所挖的各排均與第二排相同。土質比較堅硬時可用此法。

圖4 交錯鏟土法

④推土機助鏟法

采挖較堅硬土壤時，另用一臺推土機助鏟，可縮短每次鏟土時間20s～30s，而且可以裝得很滿，提高生產效率30%以上。推土機在助鏟的空隙時間，可作松土或零星的平整工作，為鏟運機創造條件。運距300m時，一臺推土機可以助4～5臺鏟運機工作，當然幾臺鏟運機鏟土時間應錯開。

⑤先松后鏟

用松土機事先將土破松，以提高鏟運機的工作效率。拖式松土機可破碎深度30cm～50cm左右的硬土。一般松土機上有三個齒，根據土質的堅硬程度可用兩個或一個齒來破松。

2.5 斗輪挖掘機

是在鏈斗、單斗和其他采挖設備的基礎上發展起來的。它主要由挖掘機構—斗輪；運輸機構—帶式輸送機；行走機構等部分組成。斗輪驅動功率22kW～30kW，采高5m～6m，配套質量22t～26t，理論生產能力100m3/h～200m3/h。

3 爆破和犁碎

開采頁巖等堅硬原料，傳統的方法是先行爆破或使用機械犁犁碎巖石，而后再用推土機等進行采掘的方法。

3.1 爆破

爆破的前提是鑿巖穿孔。常用的鑿巖機有風動鑿巖機和電鉆等。

淺眼爆破是磚瓦原料礦山的主要爆破方法。所謂淺眼爆破系指眼深在5m以內孔徑小于70mm的爆破法。淺眼爆破亦稱小爆破或眼爆破。

3.2 犁碎

對于松散半硬質頁巖或帶裂縫的硬質頁巖，可用機械犁犁碎及推土機采掘。

第二節 原料的運輸

1 無極繩運輸

無極繩運輸是首尾兩端結成封閉形的無極點鋼繩，沿一定方向連續運輸的方式。鋼繩是牽引裝置，礦車是原料的承載裝置，后者通過掛鉤掛在鋼繩上。

無極繩首部有導向輪和絞車等設備；尾部有導向輪和拉緊裝置；中部及轉彎處有地滾托住鋼繩，以防觸地、跑偏。

這種運輸方式的特點是構造簡單、易操作維修；投資少，能適應多變的氣候和復雜的地形。

由于礦車在運行中須摘掛鉤，所以鋼繩移動速度不易太快，一般為0.6m/s～1.0m/s。鋼繩上礦車的間距至少為25m，以保證安全摘掛。

無極繩的運輸能力可達1000t～1500t/臺·班。

無極繩運輸的一般技術要求：

①線路坡度在15°以下；②礦車容積1.2m3左右；③車場線路上應設自溜坡度；④彎道內角應大于120°；⑤線路平曲線半徑要大于40m。

無極繩運輸在磚瓦廠的使用應盡量做到：運距以1km內為宜；直線運輸，少轉彎，因轉彎鋼絲繩受力大，磨損快；力爭平地運輸，少陡坡，以免在爬坡時發生礦車自脫事故；及時對地滾進行潤滑，地滾不轉動，造成鋼絲繩與地滾不是滾動摩擦，加速了鋼絲繩和地滾的磨損。

2 重力卷運輸

這是一種不需要動力的運輸方式，它是借助重車下放帶動空車上提完成礦車運輸循環的。重力卷適用于坡度6°～25°的線路，一般用于15°～22°較好。礦車容積通常為0.5m3～0.7m3，下放最大速度可達5m/s～7m/s。

3 自溜運輸

自溜運輸是利用礦車自身重力，沿軌道自動下滑的一種運輸方式。自溜線路坡度一般在8°～25°之間，礦車載質量在2t以下。

其特點是：

①需要設備少，僅需礦車、輕軌和高差補償器（爬車器）等,因此投資少，生產經營費也低于其他方式；②礦車運行速度一般達2m/s～4m/s。

4 帶式輸送機運輸

原料集中、塊度不大于100mm，運輸距離在200m以內時可采用帶式輸送機運輸，若運距較長，可采用45m～55m長的多條輸送機接力運輸。

這種運輸方式的優點是連續運轉，生產能力高，安裝及維修方便，動力消耗少，成本低，操作安全。缺點是隨運輸距離的增大而使投資有較大增加。

5 推土機運輸

推土機推運土方的運距最大不得超過80m，通常要求運距在50m以內。推運距離太長，效率則顯著下降。

使用推土機推運塊狀物料，例如頁巖和煤矸石時，還有碾碎作用。

6 自卸汽車運輸

汽車運輸具有爬陡坡（坡度10%～15%）和通過較小曲率半徑的道路的特點。其經濟運距為1.5km～2km，最多不超過3 km。對于運距較長、開采年限較短、礦山分散的頁巖、煤矸石磚廠，汽車運輸有一定優越性。

這種運輸方式對道路要求較高，下雨容易打滑，另外運輸成本較高，維修工作量較大，因此限制了在磚瓦廠黏土礦山的使用。

汽車運輸的優點是比較靈活，能夠適應多變的地形。對于雨水較少、機修力量較強的磚瓦廠，在運距和地形條件合適的情況下，采用汽車運輸有其優越性。

7 卷揚機繩索牽引

運距最好在50m以下，最長可達100m～500m，每次牽引0.5m3～0.7m3礦車3～5輛，需用動力由線路坡度、每次牽引的車數等決定，一般采用4.5kW～20kW不等。卷揚機速度100m/min～120m/min。

卷揚機牽引的優點是設備簡單、使用方便、一次投資省。缺點是鋼絲繩損耗大，運距受到一定限制；需要勞動力比其他機械運輸稍多。

8 機車牽引

機車牽引運輸的優點是效率較高，不受運距限制；缺點是投資大，維護保養較復雜，動力消耗大，對鐵道要求較高。

9 人力窄軌運輸

人力窄軌運輸可作為配合其他運輸方式（如自流運輸、卷揚運輸等）的一種輔助性運輸方式，或作為生產初期的一種過渡性措施。其運輸距離不宜過長（一般在300m以內），所用礦車也不宜過大（一般載重在2t以內）。

多輛礦車同時運行時，一般礦車間距應為30m左右。當線路為坡度10‰以下的下坡道時，其間距不宜小于10m；當線路為坡度大于10‰的下坡道時，其間距不宜小于30m。礦車需裝設可靠的制動裝置，并經常檢查。

10 水路運輸

靠江河湖泊的磚廠可用水路運輸。船的噸位視航道情況確定。

第三節 原料配比及物料平衡

若用兩種或兩種以上原料生產磚瓦，為了達到各類產品所要求的質量標準，各種原料用量有一定的比例關系，這就稱為原料配比。

1 原料配比選定原則

1.1 內燃料的摻配比例

內燃料通常是指固體燃料。內燃不但能利用大量工業廢渣，節約好煤，且能調整原料塑性和改善操作條件，減輕勞動強度。因此，目前已普遍應用內燃燒磚法。

原料中內燃料的摻配比例應根據原料的塑性、工藝要求及制品燒成、干燥(余熱利用)所需熱量確定。原料的塑性高，生產普通磚時可以摻到內燃程度80%～90%，甚至達到全內燃的程度，瓦的內燃程度以不大于50%為宜。如塑性指數不高，則不宜多摻，否則會影響成型質量。同時，塑性高的原料允許摻配較多的發熱量低的工業廢渣，塑性低的則要選用發熱量高些的內燃料。通常混合料塑性指數控制在7～14的范圍內，但是現在磚機擠出壓力普遍提高，用高擠出壓力的磚機成型時，混合料塑性指數低于7也可以擠出成型。抽余熱時發熱量控制在3344kJ/塊(折普磚)～3762kJ/塊(折普磚)，不抽預熱時控制在2090kJ/塊(折普磚)～2508kJ/塊(折普磚)。

1.2 煤矸石原料中發熱量的調整

利用煤矸石作原料生產燒結磚瓦時，主要是控制塑性指數(磚：7～14，瓦：11～27)及發熱量(磚：3344kJ/塊(折普磚)～5016 kJ/塊(折普磚)；瓦：不大于3135kJ/塊(折普磚)。因為原料在合理的粉碎處理后，一般均能滿足塑性指數指標，所以實際上發熱量是主要控制指標。

鑒于煤矸石的種類較多，發熱量高低也不一樣，各地可以根據煤矸石原料和生產的實際情況，把幾種常用的煤矸石進行合理的配料。如果所采用的煤矸石發熱量過高，可考慮摻入一些發熱量低的煤矸石或頁巖；若煤矸石發熱量過低，可摻入一些發熱量高的煤矸石或煤。

1.3 粉煤灰燒結磚的原料配比

粉煤灰本身無可塑性，故欲作為制磚原料時，一般均與黏土或煤矸石、頁巖等原料摻配使用。

利用粉煤灰制磚，主要是要控制混合料的塑性指數及發熱量。粉煤灰混合料塑性指數應控制在7～17，發熱量控制在3344kJ/塊(折普磚)～5016kJ/塊(折普磚)，在滿足以上條件的情況下，粉煤灰摻得越多越好。目前生產廠摻配比例最高能達到粉煤灰與黏結劑為1：1(質量比)的比例。

表5 黏土原料配比表（質量比）

表6 頁巖原料配比表（質量比）

表7 煤矸石原料配比表（質量比）

2 原料配比參考指標

各種原料的配比，應根據各種原料的基本性能、混合料的成型性能、生產工藝情況，通過試驗確定。

根據目前各類生產廠的一般情況，綜合考慮了以下幾個原料配比參考指標，供設計參考。

2.1 黏土原料配比表（表5）

2.2 頁巖原料配比表（表6）

2.3 煤矸石原料配比表（表7）

2.4 粉煤灰原料配比表（表8）

表8 粉煤灰原料配比表（質量比）

3 原材料消耗量參考指標

3.1 原料消耗量指標

原料消耗量與磚機擠出壓力和半成品的密實度關系很大，這里根據燒結磚瓦廠的一般生產情況，綜合考慮了部分產品原料消耗量指標供參考。

3.1.1 原料消耗量指標（表9）

表9 原料消耗參考指標表

3.1.2 原料密度

部分原料密度參考值見表10。

表10 部分原料密度

2.1.3 成品密度

成品密度與原料種類、產品類型和磚機擠出壓力等因素密切相關，這里根據燒結磚瓦廠的一般生產情況，提供用不同原料生產的燒結普通磚的密度指標供參考（見表11）。

表11 部分成品密度

3.2 生產用水消耗量指標

3.2.1 成型用水消耗量指標

成型用水量應按原料自然含水率并根據各類產品的成型水分要求來計算，表12所列指標系按原料自然含水率10%補充到成型水分20%來考慮。

表12 成型用水消耗量指標

3.2.2 機嘴潤滑水及設備冷卻水消耗量指標（表13）

表13 機嘴潤滑水及設備冷卻水消耗量指標

3.3 坯體加熱蒸汽消耗量指標

由于各地氣溫不同，蒸汽消耗量也不一樣，表14所列數據是按0℃估算的，并包括蒸汽散熱損失。

表14 坯體加熱蒸汽消耗量指標

3.4 成型設備油料消耗量指標

這里系指半自動切坯機的切坯臺潤滑油耗，其配方：棉油30%、柴油70%；或棉油10%、煤油10%、柴油80%，見表15。

表15 成型設備油料消耗量指標

3.5 生產用煤消耗表

煤耗指熱值為29260kJ/kg的標準煤的煤耗，見表16。

表16 生產用煤消耗

4 物料平衡

各種原料消耗量的計算主要根據產品的規格、原料的自然含水率、半成品的廢品率以及生產過程中各種損失等因素來考慮。對于摻內燃的原料不僅要考慮上述因素，還要針對自身的熱值及成型性能，設計計算其他燃料的摻配比例。

4.1 原料消耗量計算

式中G年-原料年消耗量，t/y；

Gm-每萬塊坯體原料用量，t/萬塊；

Gf-每萬塊坯體內燃料用量，t/萬塊；

P年-年成型量，萬塊/y；

∮-半成品廢品率；

f-半成品廢品回收率（一般為90%～95%）；

V年-原料年體積消耗量，m3/y；

G日-原料日消耗量，t/d；

G時-原料小時消耗量，t/h；

r-原料密度，t/m3；

d-年工作日，d；

h-日工作小時，h；

4.2 內燃料消耗量計算

4.2.1 內燃料摻配量計算

若生產原料不含有熱量（如黏土、頁巖等）或含有一定熱量（如粉煤灰、煤矸石等），且所含熱量不滿足焙燒所用，這就需要摻配燃料，下面是內燃料摻配量的計算方法。

式中Gf-每萬塊坯體內燃料用量，t/萬塊；

Wf-內燃料的相對含水率；

B-燒成每塊磚所需熱量，kJ/塊；Qf-內燃料發熱量，kJ/kg；Vf-每萬塊坯體內燃料摻配體積，m3/萬塊；

rf-內燃料密度，t/m3；

4.2.2 內燃料消耗量計算

式中Gf年-內燃料年消耗量，t/y；

Gf日-內燃料日消耗量，t/d；

Gf時-內燃料小時消耗量，t/h；

4.3 原料成型用水消耗量計算

式中Gw-每萬塊坯體成型用水量，t/萬塊；

W-成型水分；

Wm-原料自然含水率；

Gw年-成型水年消耗量，t/y；

Gw日-成型水日消耗量，t/d；

Gw時-成型水小時消耗量，t/h；

4.4 原料加熱用蒸汽量計算

式中Gs年-蒸汽年消耗量，t/y；

Gs-每萬塊坯體成型用蒸汽量，t/萬塊；

Gs日-蒸汽日消耗量，t/d；

Gs時-蒸汽小時消耗量，t/h。

（未完待續）