一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺
阅读说明：本技术 一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺 (Sintering process for inorganic solid waste internal combustion sintered building material product ) 是由 孟庆洪 张桂兰 徐小颂 孟新生 孟新利 孟江淼 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺,包括以下步骤：(1)预制无机固废内燃烧结砖坯体；(2)将所述坯体通过自动码坯机按照外密里稀的原则自动编组码入窑车；(3)窑车以0.1-0.15m/min的运行速度自动连续进入干燥窑,在100-150℃的条件下进行干燥后,得到含水率＜1％的砖坯；(4)由所述干燥窑驶出的窑车以0.1-0.15m/min的运行速度自动连续进入烧成窑进行烧制,温度由150℃升温至1080℃后保温一段时间,经过缓冷段、快冷段冷却后,出窑得到无机固废内燃烧结建材制品。本发明的烧结工艺不仅可以对无机固体废弃物进行充分的资源化利用,而且可以使得原料各种配方元素得到充分的理化反应,烧制而成的建材制品的合格率高达98％以上。(The invention discloses a sintering process for inorganic solid waste internal combustion sintered building material products, which comprises the following steps: (1) prefabricating an inorganic solid waste internal combustion sintered brick green body; (2) automatically grouping and stacking the green bodies into a kiln car by an automatic green body stacking machine according to the principle of dense outside and rare inside; (3) the kiln car automatically and continuously enters a drying kiln at the running speed of 0.1-0.15m/min, and green bricks with the water content of less than 1 percent are obtained after drying at the temperature of 100-150 ℃; (4) and (3) automatically and continuously feeding the kiln car taken out of the drying kiln into a firing kiln at the running speed of 0.1-0.15m/min for firing, raising the temperature from 150 ℃ to 1080 ℃, preserving the temperature for a period of time, cooling through a slow cooling section and a fast cooling section, and taking out of the kiln to obtain the inorganic solid waste internal combustion sintered building material product. The sintering process of the invention can not only fully utilize inorganic solid wastes as resources, but also fully react various formula elements of the raw materials, and the qualification rate of the fired building material product reaches more than 98 percent.)
技术领域
本发明涉及烧结建筑建材制品窑炉设备技术领域，更具体的说是涉及以无机固废为原料的内燃烧结建筑建材制品的烧结工艺。
背景技术
烧结建材属于淘瓷制品范筹，我国陶瓷历史悠久，窑炉起到了决定性作用，具有同样的发展历史：从无窑平地堆烧到穴窑再到横穴、竖穴窑以及圆窖或直焰窖，并且从地下发展到地上，由焰式馒头窑、龙窑到阶梯窑再到蛋形窑，也称景德镇窖等，窑炉在近代历史的长河中仍沿用古代人民创造窑炉。
新中国成立后我国窑炉达到了飞速发展，六十年代发明了隧道窑，七十年代发展了梭试窑，九十年代发展了辊道窑，由外燃发展到内燃，对传统原料制品从质到量有巨大的提升，大大提高了能源利用率。新中国成立后虽新型燃料的发展达到了飞跃式发展，但相对于烧制产品及原料而言对窑炉的发展并没有起到质的作用。
随着科技的进步工业发展日新月异，对矿产资源的开采产生了巨量的矿渣和工业废渣，严重的破坏了生态，由于无法从源头彻底禁止矿产资源的开采，对固废资源化利用就成了摆在人类面前的世界难题，人们在过去二十多年中一直在研究探索，但都没有从根本上解决资源化利用的问题，尤其是工业固废，其根本原因一是没有处理技术，二是成本高无市场，无法实现资源化利用，
申请人为解决工业固废资源化利用的难题发明了以工业固废为原料的烧结建筑建材，现已通过工业化生产，但传统的内燃隧道窑炉不适用于这种特殊原料烧结建材制品，目前内燃烧结隧道窑炉仅适用于黄土内燃烧结砖、页岩内燃烧结砖、建筑垃圾内燃烧结砖等，不适用于以工业固废为原料的内燃烧结建材制品的烧制，如：赤泥内燃烧结砖、废石膏内燃烧结砖、污泥内燃烧结砖等。
因此，如何提供一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明通过对隧道窑炉结构上的改进以及对烧制工艺的改进，提供了一种专门用于无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺，与同等产量的传统普通内燃烧结窑炉设备在生产工艺操作方法上有质的不同。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺，包括以下步骤：
(1)预制无机固废内燃烧结砖坯体；
(2)将所述坯体通过自动码坯机按照外密里稀的原则自动编组码入窑车；
(3)窑车以0.1-0.15m/min的运行速度自动连续进入干燥窑，在100-150℃的条件下进行干燥后，得到含水率＜1％的砖坯；
(4)由所述干燥窑驶出的窑车以0.1-0.15m/min的运行速度自动连续进入烧成窑进行烧制，温度由150℃升温至1050-1080℃后保温一段时间，经过缓冷段、快冷段冷却后，出窑得到无机固废内燃烧结建材制品。
窑车的进窑速度是由产量和烧成温度、烧成段窑炉的长度决定的，产品的烧结温度和升温速度是不可变的，但烧成段窑炉长度是可变的，烧成段窑炉长度短，窑车进窖运行速度慢产量小，烧成段窑炉长度长，窖车进窑运行速度快产量大，所以单位产量、升温速度决定了窑炉的长度，这样的专用窑炉才能满足以特定的无机固废为原料的内燃烧结建材制品的数量、质量生产要求。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(3)中所述干燥是以0.1-0.15℃/min的速率由常温升至100-150℃，干燥过程为长时慢干，使得坯体在低温干燥段理化反应充分。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(3)中所述干燥窑的压力为弱负压，使得坯体由里向外干燥。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(3)中所述干燥窑的长度为106-108m、宽度为5.5-5.8m、高度为1.5-1.6m。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(4)中所述烧成窑的长度为232.2-234.2m、宽度为5.5-5.8m、高度为1.5-1.6m。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(4)中所述升温速率不超过0.5-0.7℃/min。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(4)中所述保温时间为3.68-4.18h。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(4)中所述缓冷段是以1.45-1.65℃/min的速率，由1050-1080℃冷却至900-920℃。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(4)中所述快冷段是以1.8-2℃/min的速率，由920℃冷却至30-50℃。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，步骤(4)中所述烧成窑的气氛为强氧化气氛，使得窑压为-3.5至1MPa。
本发明的烧成气氛为强氧化气氛，还需要一定时间的保温，这样才能使内燃碳充分燃烧，使坯体内各种化学成分达到充分的理化反应，使固废中的不利化学成分转化为有利成分，确保烧结建材制品达到甚至超过国家标准的要求。
优选的，在上述一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺中，通过调节窑炉两侧通风闸门、揭开窑顶火盖、打开窑门或者加大风机功率中的任意一种或者几种方法对氧化程度进行控制。
相较传统的隧道窑炉设备，(1)本发明的烧成窑设置了保温段，并且同等产量的传统内燃烧结隧道窑炉长度增加了1.19-1.21倍、宽度增加了14.6-20.8％，高度减小了13-18.5％；(2)传统隧道窑炉内燃烧结建材烧成工艺要求稀码、大火、快烧、不保温、弱氧化，烧成段升温速度大于1.5℃/min，而本发明以无机固废为原料的内燃烧结建材烧成工艺要求稀码、小火、慢烧、强氧化、保温、烧成段升温速度不能超过0.7℃/min；(2)传统窑炉烧成段任意横截面炉内上、中、下、左、右温差为80℃以上，而本发明任意横截面的温差小于20℃。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺，具有以下优点：本发明的烧结工艺不仅可以对无机固体废弃物进行充分的资源化利用，而且可以使得原料各种配方元素得到充分的理化反应，烧制而成的建材制品的合格率高达98％以上，达到甚至超过国家标准。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺，包括以下步骤：
(1)预制无机固废内燃烧结砖坯体；
(2)将坯体通过自动码坯机按照外密里稀的原则自动编组码入窑车；
(3)窑车以0.1-0.15m/min的运行速度自动连续进入干燥窑，在100-150℃的条件下进行干燥后，得到含水率＜1％的砖坯；
(4)由干燥窑驶出的窑车以0.1-0.15m/min的运行速度自动连续进入烧成窑进行烧制，温度由100-150℃升温至1050-1080℃后保温一段时间，经过缓冷段、快冷段冷却后，出窑得到无机固废内燃烧结建材制品。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中干燥是以0.1-0.15℃/min的速率由常温升至100-150℃。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中干燥窑的长度为106-108m、宽度为5.5-5.8m、高度为1.5-1.6m。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中烧成窑的长度为232.2-234.2m、宽度为5.5-5.8m、高度为1.5-1.6m。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中升温速率不超过0.5-0.7℃/min。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中保温时间为3.68-4.18h。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中缓冷段是以1.45-1.65℃/min的速率，由1050-1080℃冷却至900-920℃。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中快冷段是以1.8-2℃/min的速率，由920℃冷却至30-50℃。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中烧成窑的气氛为强氧化气氛，使得窑压为-3.5至1MPa。
为了进一步优化上述技术方案，通过调节窑炉两侧通风闸门、揭开窑顶火盖、打开窑门或者加大风机功率中的任意一种或者几种方法对氧化程度进行控制。
对比例1
利用传统黄土、页岩、普通内燃烧结砖隧道窑炉、特定生产工艺、方法、单位产量生产无机固废普通内燃烧结建材制品，即使用传统设备不变、改变传统工艺、方法。
利用传统黄土、页岩普通内燃烧结砖全套生产设备生产无机固废配方原料普通烧结砖，设备完全不变，但干燥、烧成工艺、方法必须改变、单位产量减少才能达到无机固废配方原料普通内燃烧结砖产品国家标准的要求，
实施工艺如下：
(1)确定内燃烧结制品原料：原料为无机固废赤泥，赤泥是氧化铝工业排放的废渣，每生产一吨氧化铝最高排放1.2-3.2吨强碱性废渣，因三氧化二铁和水分含量较高，故称赤泥，
(2)确定赤泥内燃烧结建材制品：制品确定为内燃赤泥普通烧结砖，申请人配制的赤泥原料可生产多种内燃、外燃烧结建材产品，本对比例以赤泥内燃普通烧结砖为例进行说明；
(3)确定赤泥内燃烧砖生产设备和生产工艺方法：设备确定为日产三十万块传统黄土、页岩普通内燃烧结砖全套设备，生产工艺除赤泥坯体干燥、烧成为特定生产工艺外，其它工艺与传统工艺相同；
具体实施工艺流程操作如下：
S1、取950吨含水率5％以下的赤泥，50吨配制好的添加原料(粒径小于60目。石英粉：膨润土：氯化钡＝60:35:5)，320吨煤矸石(热值一千大卡、粒径小于3mm)，分别存入各自料仓，备用；
S2、将备用赤泥、添加原料、煤矸石、水按30：1.6：1：0.15的质量比，通过皮带称和水流量表分别自动输送到搅拌机内进行充分搅拌，拌匀后的混合原料热值为三百二十大卡，得到含水率为5％的配方坯料，自动输送到陈化库进行72h陈化后备用；
S3、陈化好的坯料、水按10：1的重量比通过皮带称、水流量表自动进入二次搅拌机进行二次搅拌；
S4、完成二次搅拌后含水率为15％的坯料自动进入真空挤出机进行真空练泥后通过240×115mm的挤出口挤出，得到连续不断的240×115mm的坯条；
S5、坯条自动输送到切割机，以53mm间隔，十六块一组(十二块至十八块一组可调)进行自动切割后自动推入码坯平台，得到240×115mm×53mm的赤泥内燃烧结砖坯体；
S6、将码坯平台上的坯体通过自动码坯机按设定程序，外密里稀的原则自动编组码入4.8m×4.8m的窑车上，一层768块，16层止，每层坯体间距(按纵向)两侧八垛为2.5cm，中间八垛为3.5cm，垛与垛间距为20cm，连续得到按既定间距每车码载12288块赤泥内燃烧结砖坯的窑车；
S7、满载赤泥砖坯的窑车以每分钟0.04m的运行速度进入使用规格为长106米、宽4.8米、高1.84米的干燥窑炉进行干燥，干燥温度由常温至120℃，窑压为负压，得到含水率1％以下的合格赤泥砖坯；
S8、连续不断满载干燥合格赤泥砖坯窑车以120分钟的间隔也就是每分钟0.04m的运行速度进入使用规格为长106米、宽4.8米、高1.84米的强氧化气氛的烧成隧道窑炉内进行烧结，以每分钟0.56℃的升温速度运行1714分钟由120℃升至1080℃，保温320分钟后进入缓冷段，以每分钟1.45℃的速率运行221分钟至760℃后进入快冷段，以每分钟1.8℃的降温速度运行395分钟至50℃后陆续出窑，烧制运行周期为44.2小时，连续得到日产14.75万块的赤泥内燃普通烧结砖制品。
上述为利用日产30万块黄土页岩普通内烧结砖设备按赤泥内燃普通烧结砖特定干燥、烧制工艺进行生产的赤泥内燃普通烧结砖工艺流程，传统设备没变，但改变了干燥、烧成工艺，由原来的稀码、大火、快烧、高产变成了稀码、小火、慢烧、低产，运行速度由传统的每分钟0.87m变为每分钟0.04m、进车时间间隔由传统的0.92小时变为1.98小时、坯体升温速度由传统的每分钟1.51℃变为每分钟0.7℃、日产量由传统的31.9万块变为日产量14.1万块，但因传统窑炉使用高度为1.84m上下温差为80℃以上，故上12层赤泥内燃普通烧结砖烧结温度为1080℃，强度为MU30综合标准质量为优质品，下4层烧结温度为1000℃，产品强度为MU10为综合标准质量为合格品。
并且烧制热能来源于混合热值为320大卡的赤泥内燃砖坯；升温速度、温度、氧化气氛由风机气量也就是供氧量来调节，操作方法：调节窑炉两侧通风闸门、窑顶火盖、窑门开置大小、风机功率的方法使赤泥砖坯内燃原料充分燃烧，颜色表里如一、没黑心，得到超过和达到国家标准的赤泥烧结砖制品。
实施例1
利用本发明无机固废专用窑炉、特定工艺生产单位产量无机固废普通内燃烧结建材制品。传统黄土、页岩普通内燃烧结砖单位产量不变，利用本发明经过改进的无机固废内燃普通烧结建材窑炉和特定生产工艺生产固废内燃烧结制品。
实施工艺如下：
(1)确定单位产量：对比例1传统黄土、页岩普通内燃烧结砖的单位产量为日产三十万块，实施例1也确定为日产三十万块，产量不变；
(2)确定内燃烧结制品无机固废原料：原料确定为无机固废赤泥，赤泥是氧化铝工业排放的废渣，每生产一吨氧化铝排放1.2-3.2吨强碱性废渣，因含三氧化二铁和水份较高故称赤泥；
(3)确定赤泥内燃烧结制品：依据赤泥化学成份、理化性能、配方原料成本、生产工艺、方法、质量标准要求，申请人配制的赤泥原料可生产多种内燃、外燃烧结建材制品，在本实施例确定为赤泥内燃普通绕结砖制品；
(4)确定赤泥内燃普通烧结砖生产设备和生产工艺如下：
S1、取950吨含水率5％以下的赤泥，50吨配制好的添加原料(粒径小于60目，石英粉：膨润土：氯化钡＝60:35:5)，320吨煤矸石(热值一千大卡、粒径小于3mm)，分别存入各自料仓，备用；
S2、将备用赤泥、添加原料、煤矸石、水按30：1.6：1：0.15的质量比，通过皮带称和水流量表分别自动输送到搅拌机内进行充分搅拌，拌匀后的混合原料热值为三百二十大卡，得到含水率为5％的配方坯料，自动输送到陈化库进行72h陈化后备用；
S3、陈化好的坯料、水按10：1的重量比通过皮带称、水流量表自动进入二次搅拌机进行二次搅拌；
S4、完成二次搅拌后含水率为15％的坯料自动进入真空挤出机进行真空练泥后通过240×115mm的挤出口挤出，得到连续不断的240×115mm的坯条；
S5、坯条自动输送到切割机，以53mm间隔，十六块一组(十二块至十八块一组可调)进行自动切割后自动推入码坯平台，得到240×115mm×53mm的赤泥内燃烧结砖坯体；
S6、码坯平台上的坯体通过自动码坯机按设定程序按外密里稀的原则自动编组码入5.5X5.5m的窑车上，一车为十二层、三十六垛，每层坯与坯间距(按纵向)两侧十二垛为2.5厘米，中间二十四垛为3.5厘米，垛与垛间距为二十厘米，连续得到按即定间距每车码载11664块赤泥内燃烧结砖坯的窑车；
S7、干燥工艺：满载砖坯的窑车以每分钟0.1m的速率自动连续进入干燥窑，干燥窑结构：长106m、宽5.5m、高1.5m(使用空间)19个车位、干燥速度每分钟0.12℃、干燥温度由常温至150℃、运行周期17.7小时，干燥热能来自烧成窑余热，
干燥方法：干燥温度升温曲线由热风调节阀按干燥仪表设置干燥曲线要求进行调节，控制实施、干燥运行周期22.4小时，通过常温至150℃干燥后按进车间隔时间持续自动驶出干燥窑炉得到成车纯干含水率1％以下的合格砖坯，进入烧成窑；
本实施例中设备、工艺、方法除干燥窑炉使用高度由传统的1.84m改为1.5m和码坯由传统的16层改为12层外，其它设备和工艺与传统设备工艺相同，有本质区别的是烧成窑炉设备和工艺、方法；
S8、烧制工艺、方法：满载砖坯的窑车以每分钟0.1m的运行速度连续自动进入使用规格：长232.2m、宽5.5m、高1.5m的赤泥专用内燃烧结建材专用隧道窑炉进行烧制；
进入烧成窑炉后砖坯温度由150℃以每分钟0.6℃的升温速度升至1080℃，保温3.68小时，进入缓冷段，以每分钟降1.45℃的速度由1080℃冷却至920℃，用时1.84小时，然后进入快冷段，以每分钟1.8℃的降温速度由920℃冷却至50℃，用时8.1小时，产品烧制运行周期为39.42小时，连续出窑得到日产30万块的赤泥内燃普通烧结砖制品。
烧制热能来源于混合热值为320大卡的赤泥内燃砖坯；升温速度、温度、氧化气氛由风机气量也就是供氧量来调节，操作方法：调节窑炉两侧通风闸门、窑顶火盖、窑门开置大小、风机功率的方法使赤泥砖坯内燃原料充分燃烧，颜色表里如一、没黑心。
本发明制备得到的赤泥内燃普通烧结砖制品的抗压强度平均值为10.9MPa，吸水率为10.2％，均达到甚至超过国家标准。
以上详细说明了本发明无机固废内燃烧结建材制品的烧结工艺，对比例1是用传统日产30万普通烧结砖设备实现无机固废(赤泥)内燃烧结砖制品的生产工艺和生产方法，但受设备的制约，产量减少了53％，日产30万块减到了日产14.1万块，从质到量无法实现无机固废资源化完全彻底利用要求。
无机固废的大量排放制约工业的飞速发展，黄土、页岩大量开采制约烧结(砖)建材的生产，影响建筑业的持续发展，申请人已发明的无机固废建筑建材制品专利技术，已在本发明的专用内燃隧道窑炉设备生产线上进行大工业化生产，既解决了黄土、页岩的大量开采，又解决了工业无机固废大量排放后无法有效利用的世界难题，从技术上是完全能达到资源化利用、产业化生产、市场化销售的，从建筑需求量和工业无机固废的排放量完全能满足产业化需求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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