利用国产设备生产高档“清水砖”的设计实践

1．前 言

“清水砖”是烧结装饰砖的俗称，由于该产品具有较低的吸水率、很高的强度和丰富多彩的外表面色彩，直接可以用于砌筑墙体，不需要再进行装饰，从而获得典雅大方、质朴浑厚的装饰效果。清水墙装饰砖是我国砖瓦行业的通俗叫法，在西欧及世界上许多发达国家和地区已经非常规范的称为：“Facing Brick”，其含义中就有建筑物表面使用的、带有装饰功能的砖。在有些文献中将其译为“面砖”或“饰面砖”、“墙面砖”，这与陶瓷行业墙地砖的叫法混淆了，也将其用途没有正确表达出来。实际上，“Facing Brick”是范围非常大的一类产品。这类产品的外观质量高，尺寸准确程度高，耐久性（耐候性）及抗冻性好，其色调和规格尺寸可满足各种特殊要求以及建筑的造型要求。这类产品也可分为承重用的实心砖及多孔砖；非承重用的空心砖等。用途也十分广泛，常见的有：1）用于建筑物墙体砌筑与饰面的多孔砖，拉毛砖、贴面砖等，还有仿花岗岩砖、刻槽砖、文化砖等等，具有不同的装饰效果（见图1）；2）用于铺设道路的有：道路砖、道沿砖等（见图2）；3）用于广场和公园的有：广场砖、停车场砖、草坪砖、人行道砖等等（见图3）。用清水砖砌筑的建筑具有华丽、高贵、豪华的气质，能够大大提高建筑物的文化内涵和档次，因而在国内外受到极大的欢迎。

图1国内生产的部分清水墙装饰砖及工程实例

图2 国内生产的部分铺路砖及实际应用工程

图3 草坪砖和园林砖

随着人们生活水平的不断提高，对高档建筑以及装饰的要求也越来越高，清水砖的需求市场越来越大。国家标准“夹心墙建筑设计规范”的颁布实施，也极大地推动了清水墙装饰砖的应用。相比之下，我国现在的清水砖产量是非常低的，远远不能满足市场的需要。与普通烧结砖厂相比，生产清水砖的企业数量很少，而且关键设备及技术都是引进国外的，全部采用国产化设备的生产厂家是凤毛麟角。但是采用国外设备建设起来的生产线，共同存在的问题就是投资过高，对经济效益的影响很大。

充分利用我国的实际的资源，结合我国砖瓦机械的装备水平，采用已经取得的成熟经验的先进生产工艺，奉行“适用的就是最好的”的理念，不贪大求洋，走一条全部采用国产化设备和技术的道路，最大限度地降低项目建设投资，从而达到降低生产成本和提高经济效益的目的，使产品具有很强的市场竞争能力，确保项目投产后迅速产生经济效益。

2．关键技术及工艺

与普通烧结砖的生产方法不同，生产清水砖对原料的处理十分严格，为了满足清水砖严格的质量标准（强度、吸水率、色彩等）和产品多样化的严格要求，往往需要对原料进行搭配处理和必要的加工。为了满足用户的特殊需要，还需要适当增加添加剂调配原料，以及要对外观进行加工，以获得不同的色彩和外观效果来满足建筑物特殊的需要。为此，我们结合国内砖瓦机械的实际水平，选择的如下关键技术路线。

1）控制原材料的细度

原材料的细度是生产高档清水砖最关键的技术指标之一。在干法制备情况下通常选择雷蒙磨（Raymond mill，又称“辊式磨”或“立式磨”）处理原料，这是是陶瓷工业和水泥工业应用广泛的粉磨设备。用该设备处理页岩的细度，技术成熟、控制容易、工艺流程简化，设备投资大幅降低。

2）原料陈化处理

对原料进行陈化处理是改善物料物理性能的好方法，我国陶瓷工业和砖瓦工业常用此技术提高物料的均匀性，经过陈化处理过后的混合料，其物理性能和加工性能得到提高，能有效地提高清水砖的产品质量。陈化工艺的设计是一件很讲究的技术。目前砖瓦行业中流行的粗放式陈化库，还不能完全满足清水砖的生产需要。

3）双级真空挤出成型

通常清水砖采用塑性挤出成型的方法，再经切割、修边、倒角、打毛等对坯体进行加工处理。目前同时存在软塑成型和硬塑成型两种方式。具体采用哪一种方式要依原料和品种来综合确定。一般情况下用一台JZK45/45-35型双级真空挤砖机，即可满足年产量4000万块的需求。若采取硬塑挤出的方法，可一次性将砖坯码放到窑车上，减少了中间工序，简化了工艺流程。但两次码烧特别适合有较高孔洞率的制品和对色差要求严格的制品。

4）干燥与焙烧

干燥与焙烧的技术工艺取决于最终确定的生产工艺，我院为南非比勒陀尼亚“新世纪砖厂”和“天津建工页岩”设计均为4.6米宽断面隧道窑，而为哈萨克斯坦“克孜勒·奥尔达砖厂”设计的为3.0米中断面隧道窑，均为“一次码烧”生产工艺，制品的干燥和焙烧是在相同规格的干燥窑和隧道窑中完成的。值得注意的是，我国砖瓦行业中通行的“内燃焙烧”方法，并不适应于清水砖的焙烧。高档的清水砖是要采用燃气（煤气、天然气等）、燃油（柴油、重油）做燃料的。受燃料的限制是我国清水砖不能很快发展的重要原因。

3．生产工艺

1）常规工艺流程

原料经锤式破碎机将其破碎至一定的粒度，部分原料再经过雷蒙磨粉磨形成不同粒级的高分散状态的细料。之后，根据产品的要求，用电子皮带称计量进入双轴搅拌机中加入水连续搅拌。经过搅拌处理的混合料，送入陈化库中陈化3天左右。混合料在陈化库中使物理性能得到改善和提高，均匀性也得到提高。陈化之后的原料由液压多斗机取出，再经过箱式给料机控制给料、高速细碎对辊机碾炼，并采用筛式捏合机进一步处理。通过高压力双级真空挤砖机挤出成型，成形水分控制在15%～20%之间（视具体工艺确定），经自动切坯机组切出一定规格的坯体，在经过倒角、压印、拉毛、刻槽等修饰以后，得到半成品——湿坯。

湿坯由自动码坯机（或人工）码放到托板或窑车上，指装叉车或顶车机将砖坯送入干燥室内进行干燥。干燥好的砖坯送入隧道窑内焙烧，隧道窑的热源来自燃气或者燃油。在电子计算机的控制下，窑内温度可以达到1000～1200℃的高温，砖坯在高温作用下经过一系列物理化学反应，得到具有一定强度的成品。

2）工艺特点

（1）部分原料采用雷蒙磨粉磨，可以根据产品质量要求和品种的要求，灵活改变原料的细度、调整原料的颗粒级配，并且提高了原料的物理性能，适应多品种、多规格的生产实际。

（2）陈化工艺是烧结砖厂应用成熟的技术。实践证明经过陈化处理的原料，混合更加均匀（均化作用），可塑性指数和干燥敏感性系数等物理参数得到改善。

（3）国产的双级真空挤砖机完全能够满足清水砖的成型要求。切坯与修边等装饰处理设备目前国内尚不完善，但我们先借助于现有的成熟设备，辅与人工的操作，就能够满足多品种生产的需要。

（4）砖坯干燥与焙烧，采用我院最新研发的单层干燥技术和燃气隧道窑，自动化程度高，温度控制灵活均匀，适合焙烧各种规格的高档清水砖。

页 岩    水    煤气                  成品出厂

原料堆棚

板式给料机                            成品仓库

锤式破碎机                           分类包装

雷蒙磨                                  成品检验

电子皮带秤                           制品卸下

双轴搅拌机                           燃气隧道窑

可逆布料机                           液压顶车机

陈  化  库                              电动摆渡车

液压多斗挖土机                    砖坯干燥

箱式给料机                            液压步进机

细碎对辊机                            回车卷扬机

双轴搅拌机                            人工码垛

筛式捏合机                           ↑皮带运坯机

双级真空砖机→自动切割机→修边倒角机组

图1、工艺流程图

4．干燥及焙烧方案

1）干燥方案

通常在“一次码烧”工艺前提下，干燥室采用与隧道窑相同规格的尺寸,可满足年产4000万块（折标砖）生产规模的要求，并有一定的生产富裕量。为了生产大块、高大孔洞率、高标准清水砖的需要，单层干燥的自动化室式干燥室是比较好的选择，室式干燥室采用独特的均匀布风方式，使砖坯与干燥介质湿热交换良好、砖坯干燥收缩均匀，可在保证质量的前提下实现快速干燥。干燥窑主要技术性能参数详见表1。

2）燃料方案

对于清水砖这类高档产品，国外多采用洁净燃料的隧道窑，如柴油、天然气、煤气、液化石油气等。但在我国的能源结构主要是以燃煤为主。我们曾经尝试利用煤作燃料，并把煤精细加工之后采用喷射方式注入窑内，已经取得一定的成果，但任然存在一些不尽人意的地方。

5．投资概算

1）设备配置

全部采用国产设备，焙烧设备由我院提供设计并承担施工建造。主要设备见表3。

主要设备及费用一览表

序号	设备名称	设备费用 （万元）	运杂费 （万元）	合计 （万元）
1	原料处理车间设备	300.0	45	345.0
2	成型车间设备	176.0	26	202.0
3	切码运工段设备	124.0	20	144.0
4	干燥系统	120.0	18.0	138.0
5	烧成车间设备	440.0	15.0	455
6	控制系统设备	82.0	10.0	92.0
7	其它设备	50.0	4.5	54.5
8	合计（万元）	1292	120.5	1430.5

2）总投资

总投资概算结果见表4。

表4 总投资概算表   单位：万元

费用名称	建筑 工程费	设 备 购置费	安装及运杂费	其 他 工程费	合计
一、主要生产线	460	1292	120.5		1752
二、公用工程	44.0	49.0	6.6		99.6
三、总图运输	40.0	0	0		40.0
四、其他	0	0	0	164.0	164.0
五、投资合计	544	1341	127.1	164.0	2055.6

6．结束语

综上所述，采用国产设备生产高档清水砖完全是可行的，关键是要做好原料处理、成型和加工、干燥与焙烧三个环节，缺一不可。由于清水砖比普通烧结砖有更高的附加值，经济效益是相当不错的。只要从原料实际出发,采用了成熟技术和全部国产化的设备,就可以大幅度降低项目的总投资。

表1 隧道式干燥室工艺参数

序号	名   称	单位	技术参数	备 注
１	工作道通道尺寸	m	90×2.80×1.60	长×宽×高
２	每辆干燥车装载量	块	2350	折标砖
３	日产量	块	大于10万
４	每天工作制度	班	3
５	干燥周期	h	24
６	干燥窑热风温度	℃	100～130
７	排潮温度	℃	40～45
８	湿坯含水率	%	≤20
９	砖坯残余含水率	%	≤3