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烧结砖裂纹原因及防治办法

作者:烧结砖人气:发表时间:2019-01-23

  烧结砖裂纹是影响产品质量的一个关键因素,轻者影响产品质量等级的评定;重者危及用户,销售困难;严重的甚至造成大批产品报废,给经营者带来不可挽回的经济损失。有的砖厂投产多年一直受产品裂纹的困扰,究其原因,主要是没有找准裂纹的成因,无法对症下药,所以问题也得不到根治。

  成品砖裂纹按生产工序划分,主要有四大成因:

  原料原因造成的产品裂纹;

  成型原因造成的产品裂纹;

  干燥原因造成的产品裂纹;

  焙烧原因造成的产品裂纹。

  下面逐项剖析。

  原料原因造成的产品裂纹

  一、原料本身特性造成的产品裂纹

  1、干敏系数过高

  干燥敏感性系数用来衡量产品裂纹倾向性的大小,干敏系数越高,产品形成裂纹的倾向性越大,反之越小。当干敏系数大于2时,裂纹几乎不可避免;当干敏系数小于1时,产品一般不易形成裂纹。

  这种类型的裂纹在一些黏土砖厂和一些黏土掺量高的砖厂最为常见。

  防治措施:

  a 、建厂前必须事先对准备使用的原料进行化验,慎用干敏系数高的原料。

  b、适量掺加瘠化剂,炉渣、煤矸石、粉煤灰、铁矿渣等都是很好的瘠化剂。

  2、塑性太差

  原料塑性太差会造成成型困难,成型时裂纹严重,即便勉强成型,因坯体质量差、机械强度低,抵抗裂纹的能力就差,在干燥、焙烧过程中就容易产生裂纹。这种情况就好比有的人身体素质差,一遇天气变冷就容易感冒,而身体素质好的人抵抗气温变化的能力强,遇冷就不容易感冒。

  防治措施:

  a、砂性黏土可掺加增塑剂,如膨润土、高塑性黏土、造纸黑液等。

  b、煤矸石、页岩等可降低其粒度增加塑性,也可采用掺加增塑剂的方法。

  3、泥料的颗粒级配不合理

  所谓颗粒级配,即指泥料中各种粒径颗粒所占的比例。一般要求有三种粒径:细粉料(也称塑性颗粒,0。053㎜以下),填充性颗粒(0。053-1。2㎜),粗骨料(饰纹性颗粒,1。2-2。4㎜)。细粉料的含量决定了泥料的塑性,一般应占35-50%;填充性颗粒应占20-65%,这部分颗粒的作用是限制坯体产生过渡的收缩、裂纹、变形;粗骨料应占0-30%,不做粗骨料饰纹时可不用。

  我们生产内墙砖时一般只要求前两种颗粒(细粉料、填充性颗粒)的比例,若这一比例失调,生产出的砖可能会产生裂纹。

  使用河、湖淤泥时经常会遇到这样的问题。

  防治措施:使用两种以上的原料,调整粒径组成,确保颗粒级配合适。

  二、管理原因造成的产品裂纹

  1、生产工艺不合理(主要是掺混不匀)

  两种或两种以上的原料用来造砖时,如果掺混不均匀会造成产品的裂纹。因为两种原料的干燥和焙烧收缩不可能一样,很容易形成内应力,干燥和焙烧后产生裂纹就不可避免。

  防治措施:

  改进工艺,设法掺混均匀。最好在进破碎机之前按比例掺混好,这样在通过破碎机、筛分、搅拌三道工序掺混后,原料的掺混效果会更佳。两种以上的原料单独破碎、筛分,再到搅拌机后掺混,很难达到理想的效果。而且原料的比重差别越大,其掺混效果越差,产品产生裂纹的可能性就越大。

  2、陈化条件不充分

  陈化条件不充分即陈化效果不好,也会造成产品的裂纹。

  陈化,也叫闷料困存,目的是使水分充分渗透、泥料疏解、松散匀化。陈化必须具备四个条件:粒度、水分、时间、温度,这四个条件缺一不可。粒度越小,陈化效果会越好;进陈化库时的水分以达到成型水分为最佳;时间必须保证72小时以上;陈化库环境温度也应该尽量保持在10℃以上(温度越低需要的陈化时间越长)。

  我们在生产中都有这样的经验:停产检修前存下的泥料,下次再生产时特别好用,这是因为陈化时间延长的原因;同样的泥料,夏天比冬天好用,这是因为夏季气温比冬季高的原因。

  成型原因造成的产品裂纹

  一、设备原因

  1、设备本身缺陷

  由于设备本身某些参数设计不合理会造成产品裂纹,如搅拌机设计或制作不合理造成搅拌不匀、搅拌强度不够、搅拌时间短等。曹世濮老师在其讲义中曾举过这样的例子:同样的泥料搅拌2分钟,挤出砖坯的干燥裂纹为4%,而搅拌到3分钟以上,在同样的干燥条件下,干燥裂纹只有1%。

  挤出机绞龙、机头(俗称机脖子)、机口等如设计不合理或加工不合格也会造成产品的裂纹。

  防治措施:合理选择设备

  2、模具不合格

  生产空心砖时由于模具不合格会造成砖坯裂纹,轻者形成隐形裂纹,到干燥或焙烧后才会显现,严重时直接影响成型。

  防治措施:选购合格的模具。空心砖的模具最好不要自己加工。个别砖厂为图省钱,自己加工空心砖摸具,看似省钱,其实得不偿失。因为自己加工的模具运行阻力大、调试时间长、砖坯废品率高、产量低,综合算起来还是买专业制造厂家的省钱。

  3、真空度太低

  根据实验测试结果,成型前泥料中空气的含量一般为10-12%(体积比),成型时要用真空泵把这些空气尽量抽出来。因为不可能达到绝对的真空,所以总有一部分空气滞留在砖坯中。实验表明:真空度在50-85%时砖坯最容易分层(75%时分层最严重),而且真空度低的砖坯密实度差,这样的砖坯干燥过程最容易产生裂纹。

  生产过程中真空度应该越高越好,目前国外设备的真空度已经达到了96-98%(即0。096-0。098MPa)。真空度越高,砖坯密实度越好,机械强度越高,抵抗裂纹的能力也就越强。

  有的专家说,真空度不能太高了,太高了影响干燥,实际上这是不切实际的。这种说法和“原料不是越细越好”的观点是出于同一个理由:那就是过分密实的坯体,原料颗粒会堵塞水分子的通道,造成干燥困难。水分子的直径为2.8×10-10m,而原料颗粒最小也不过是微米级(即10-6m),假设泥料的颗粒直径全部是1微米(实际上是不可能的),那么它仍然是水分子直径的3571倍!即相当于直径3米多的大石头挤在一起,不管这些石头挤得多紧,小蚂蚁仍能从它们的间隙里进出自如。所以说“坯体密实度高影响干燥效果”的说法是不正确的。

  当然,泥料粒度越小,其比表面积越大,和水结合的能力越强,成型含水率越高,干燥难度会有所增加。

  防治措施: 合理选择真空泵,加强管理,防止挤出机漏气,确保真空度在85%以上。

  二、润滑不正常

  挤出机机口处的润滑非常重要,润滑不好会使泥流速度不一致,造成砖坯裂纹。生产空心砖时尤为明显。

  防范措施: 加强管理,确保润滑正常。

  干燥原因造成的产品裂纹

  一、急干

  1、送风温度太高

  一般干燥窑送风温度为105-130℃,如果送风温度太高,会造成砖坯急干裂纹。因砖坯外层接触热空气,吸热快,温升比内部要快的多,其脱水速度也就相应的比内部快的多,造成内外收缩不一致从而产生裂纹。

  防治措施:调整送风温度

  2、干燥窑预热段太短

  即便送风温度合适,但如果预热段太短,砖坯内部还没有达到相应的温度,内扩散与外扩散速度差别太大,这时如果砖坯被强行送入送风段,砖坯仍然会产生急干裂纹。

  防治措施:调整预热段长度,一般应占干燥窑总长度的30%左右(冬季适当缩短,夏季适当延长)。

  3、通风量太大

  如果干燥窑通风量太大,即便送风温度和预热段长度都符合要求,砖坯仍然会产生裂纹,这种裂纹也是急干造成的。因为预热段的作用是加热砖坯而不是排除水分,当然这只是理想状态,实际上是不可能的。但我们可以控制预热段砖坯的脱水速度。砖坯脱水速度的快慢跟空气的相对湿度成反比,即空气的相对湿度越高,砖坯的排水速度越慢,反之越快。如果保持预热段前端空气的相对湿度尽量大(90-95%),砖坯的脱水速度就会很慢,我们的目的就基本能达到。但过高的通风量会带走大量的水分,会使窑内空气的相对湿度变小,砖坯就会加速脱水,从而产生急干裂纹。

  防治措施:在排潮口按湿度计,确保排潮口湿度保持在90-95%之间。

  4、窑车台面温度过高

  一次码烧隧道窑,由于窑车担负干燥和焙烧双重任务,经过焙烧窑后的窑车台面储存了大量的热量,如果卸完车后冷却时间过短,大量的热量散发不出来,这样的窑车码好砖坯后,底层砖坯往往因急干造成严重裂纹,尤其夏季最为明显。

  防治措施:窑车台面施工时尽量使用绝热效果好的耐火材料,延长空车线长度,增加散热降温时间。

  二、凝露(也叫回潮)

  凝露的主要原因就是干燥窑预热段湿空气产生饱和(即相对湿度达到100%),砖坯表面吸收空气中的水分后膨胀,从而产生网状裂纹。造成预热段湿空气饱和的主要原因有三项:

  1、预热段太长 预热段一般设计为干燥窑总长度的30%,太长的预热段容易使湿空气产生饱和;

  2、送风温度太低 送风温度太低会造成排潮温度低,预热段湿空气很容易产生饱和;

  3、通风量不足 热风带走水蒸气的能力是有限的,1立方100℃的热风在标准状态下能带走水蒸气588.17克,而1立方30℃的热风在标准状态下只能带走30.36克水蒸气。如果通风量太小(送风量太小或排风量太小)会使预热段湿空气产生饱和。

  防治措施:针对以上三项采取相应措施。

  三、砖坯收缩拉裂

  砖坯在干燥过程中要产生收缩,含水率越高,收缩量越大。坯垛中间的砖坯要受到相邻砖坯的收缩拉力,当收缩拉力大于其机械强度时,砖坯便被拉裂。

  防治措施:增加砖坯的机械强度(采用硬塑成型、提高泥料塑性、提高真空度等)。

  四、压裂

  坯垛中下层砖坯要承受上层砖坯的重力,层数越高,下层砖坯承受的重力越大,当砖坯承受的重力超过其自身强度时,砖坯便会断裂。当窑车台面不平整时,这种现象尤为严重。

  防治措施:增加砖坯的机械强度(同上),加强管理,确保窑车台面平整。

  焙烧原因产生的裂纹

  一、预热带急干炸裂

  干燥后的砖坯进入焙烧窑后仍有两种水分需要缓慢排除,一是自由水,即干燥后的残余水分;二是原料各化合物中的化合水。如果砖坯在预热带升温过急,急剧膨胀的水蒸气会把砖坯撑裂,从而形成急干裂纹,严重时砖坯会断为数块,俗称爆坯。主要原因有两项:

  1、用闸不合理

  用闸太少使砖坯在低温阶段得不到预热,直接进入中温阶段(400-800℃),一般轮窑用闸不低于4个,焙烧窑设计的闸应尽量用全。

  防治措施:合理用闸,确保预热带缓慢升温。

  2、轮窑揭纸挡不及时

  轮窑预热带的纸档必须及时揭掉,否则热风抽不过去,砖坯得不到预热,等纸挡被自然烧穿时,热风温度已经高达400℃以上,其后果和用闸太少造成的后果一样。

  防治措施:及时揭纸挡,闸用到哪里纸挡就揭到哪里。

  3、急火

  急火,即预热带升温过急。预热带中后部若升温过急,砖坯也会产生裂纹。制砖原料中的石英在573℃和870℃时要发生晶型转变,转变的同时伴随着体积的膨胀,573℃时由β-石英转变为α-石英,体积膨胀4。64%;870℃时由α-石英转变为α-鳞石英,体积膨胀13。68%。若升温过急,石英膨胀速度太快,会把砖坯“撑裂”。尤其是573℃-870℃时的晶型转变,因其体积膨胀率大(13。68%),最容易产生裂纹。所以,这一阶段的升温速度最好控制在60-80℃/h。

  防治措施:适当延长预热带,中后部升温速度不要过急。

  二、冷却过急

  经过高温焙烧的砖坯进入冷却带后要缓慢降温,若冷却过急,制品表面急剧降温,而内部仍处于高温状态,由于收缩不一致,势必产生内应力,内应力超过砖坯的机械强度时,制品便产生裂纹。

  冷却过程伴随石英晶型转变带来的体积收缩也会造成成品的裂纹(石英晶型转变过程是可逆的,但因其体积膨胀产生的后果是一样的)。

  主要原因:轮窑打门过早,隧道窑设计太短或在冷却带开急冷风口。

  防治措施:轮窑严禁早打门(冷却带不能低于15m);

  隧道窑设计长度不能太短(根据不同原料性质确定窑的长度,最短不应低于85m);

  隧道窑冷却带不要开急冷风口,冷却风机应安装在出车端窑门处。

  三、预热带凝露

  预热带用闸不合理,使湿烟气流程过长,容易导致湿空气产生饱和,使砖坯回潮产生裂纹(性质同干燥窑凝露)。

  防治措施:合理用闸,及时排出湿空气(用桥式闸或正桥梯式闸,参见本博客隧道窑的用闸》一文)。

  综上所述,成品砖裂纹的成因还是比较复杂的,为了直观起见,我们可以借鉴安全管理中事故树的模式,把成品砖裂纹的成因以匡图的形式画出来,这样分析起来就简单多了(图附后)。

  我们在生产过程中,往往产品出现了裂纹,但却很难查找其成因。如何根据裂纹的性质判断其成因呢?下面根据经验简要说明一下。

  成品砖的裂纹,根据其性质可以分为两大类,即显纹和暗纹。显纹是指一眼就能看到的裂纹,暗纹一般用肉眼难以看到,但可以通过仪器来辨别,也可以用敲击的方式通过听声音来判断。如果一块没有显纹的砖,用金属敲击其声音沉闷、不清脆(俗称哑音),则证明有暗纹存在(欠火砖除外)。成型时出现的暗纹和显纹,在干燥和焙烧后会明显扩大,大部分暗纹会变成显纹。

  原料原因(陈化条件不充分、干敏系数过高、塑性太差、掺混不匀、颗粒级配不合理)产生的裂纹只有在后续工序中才能发现,因为这些原因处在生产工序的上游,所以判断较为困难。比较简单的办法就是邻近砖厂之间互换原料做试验,如甲厂生产的砖裂纹严重,而乙厂生产的砖质量较好,两厂可互换部分原料做试验,若乙厂的原料在甲厂生产的砖不裂纹,而甲厂的原料到乙厂做的砖仍然裂纹,则可以判断甲厂砖裂纹的是由于原料原因引起的。同样的办法可以很快判断成型、干燥和焙烧方面原因引起的裂纹,查到原因后就可以采取针对性的措施。

  成型主机绞龙、模具、润滑等原因造成的裂纹,最大的特点就是规律性强,裂纹的深度、位置、方向基本一致,其他原因产生的裂纹则规律性不强。

  凝露产生的裂纹一般呈网格状,称为网状裂纹,都发生在砖坯的表面,深度较浅;干燥过程中发生的网状裂纹出干燥窑就可以发现。

  干敏系数过高产生的裂纹多在迎风面和边棱处,有的在存坯线上就可以发现。

  干燥窑内产生的急干裂纹多发生在坯垛的迎风面和边部,背风面和中下部相对较轻。

  干燥收缩产生的拉裂发生在坯垛中下部,为纵向裂纹。

  压裂多发生在坯垛的中下部,横向和纵向都有,底层、窑车台面不平处尤为明显。

  焙烧窑预热带产生的炸纹多发生在砖坯的大面、中部,裂纹处粗糙,深度大,坯垛的背风面、中下部最严重。

  冷却过急产生的裂纹较细、较直(也称发纹),裂纹处比较平滑,有的外观不明显,属于暗纹,敲击有哑音,坯垛边部、迎风面较其他部位严重。

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