专利名称：：还原焰烧制陶砂、陶粒工艺方法及窑炉的制作方法
技术领域：
：本发明为以回转窑烧结陶粒、陶砂技术，特别是涉及以还原气氛烧制陶砂、陶粒工艺方法及窑炉(简称还原法陶砂、陶粒)。
背景技术：
：现有技术的陶粒、陶砂是以单节或双节回转窑在氧化气氛下烧制。由于在氧化气氛下烧制，使其形成较厚的砖红色氧化外壳，因此使得产品密度大，吸水率较高。一般5mm以上颗粒较易被烧制，而5mm以下颗粒烧成后由于氧化外壳占据大部分体积，密度增大，2mm以下颗粒多数成了实心烧结体颗粒，因基本不膨胀密度在800kg/m3以上。现有的页岩陶粒厂都是以烧制陶粒同时带出小颗粒陶砂，若是专门烧制陶砂，由于颗粒小，空隙小、在窑内流动发滞，再由于明焰温度不均，不易加入隔离剂，使一部分料表面过烧熔融而相互粘结成团，甚至滚成长龙。目前为止，对于3mm以下颗粒以现有技术的回转窑很难专业化烧制陶砂；再就是由于窑炉结构的限制，烧胀温度不能直接测得，而是根据窑尾烟室温度估计烧胀温度。但目前市场上，陶砂比陶粒经济效益好，所以能专业化生产陶砂有着重要意义。
发明内容本发明目的在于提供一种能够形成稳定的还原气氛的工艺方法及窑炉，特别是能专业化烧制小颗粒陶砂，同时也适合大颗粒陶粒的烧制。本发明目的是这样实现的一种还原焰烧制陶砂、陶粒工艺方法，是在窑体燃烧室内置有可调节空气量基本封闭的烧胀罐罐体，罐体内装入陶砂或陶粒原料及耐火土质隔离剂，罐体旋转，在罐体外加热，使罐内缺氧而形成还原气氛，Fe203被还原成FeO，同时原料内所含碳或碳化物被氧化成CO、002气体，使物料在烧胀温度范围内玻化发泡膨胀形成陶砂或陶粒，避免了形成厚质的氧化外壳，使外表面全玻化皮薄，密度降低，质量提高，吸水率可比现有氧化回转窑法降低1/31/2，；烧胀罐内可容易地加入耐火土质隔离剂使得烧胀物料不粘结。调节空气量也可以使非碳发泡剂的原料烧制成陶砂或陶粒。根据原矿料，二次造粒配方料的不同，可分为中温烧胀和高温烧胀，中温烧胀范围为740900°C，高温烧胀范围为9001200°C，原矿料，只在高温烧胀范围内烧制，二次造粒配方料分为高温烧胀范围和中温烧胀范围。所述原矿料是指页岩经破碎、筛分后，520mm颗粒直接烧制陶粒，50.5mm颗粒或页岩陶粒厂页岩筛下尾粉过0.5mm筛上的小颗粒，在窑内烘干预热，在高温烧胀范围10001100℃直接专业化烧制陶砂。所述二次造粒配方料在高温范围烧胀，是指珍珠岩、浮石、火山灰、油页岩灰渣等原料的一种，按质量分数加入15%30%黏土或加入30%50%的页岩，再加入0.2%10%碳质发泡剂，混合粉磨至0.08mm，筛余10%18%，经加水、造粒、烘干预热，在高温烧胀范围9001100℃烧制陶粒和陶砂；所述碳质发泡剂是指碳黑、天然石墨、人造石墨、煤粉、焦碳粉、油页岩提油后的半焦等，其中的一种或两种混合使用。所述二次造粒配方料，中温烧胀，是指珍珠岩或浮石、按质量分数为50%60%，废旧玻璃20%30%，助熔剂纯碱3%5%，发泡剂硝酸钠0.8%1.8%，混合粉磨至0.08mm，筛余10%18%，然后以混合磨细粉100份加入2530份的浓度25%35%的烧碱水溶液黏合剂，经搅拌、造粒、烘干预热，在中温烧胀范围760820℃烧制陶粒和陶砂。一种还原焰烧制陶砂、陶粒的生产窑炉和实验炉，包括单罐窑、炉，多罐组合生产窑。单罐窑、炉，是由单独一个烧胀罐完成烘干、预热、烧胀全过程；多罐组合生产窑，是由预热罐完成烘干、预热，烧胀罐完成烧胀；单罐窑、炉还包括单罐实验炉与单罐生产窑；多罐组合生产窑还包括立式组合窑与水平式组合窑；立式组合窑还包括立式单组组合窑和立式多组组合窑；烧胀罐体转速范围在220r/min内调整，预热罐转速于之相配。为了使有限的罐内装料量增大，也可以使罐的的开口端升高，或降低罐的闭口端；降低斜度为100:(310)。中温烧胀范围的烧胀罐罐体材质为lCrl8Ni9Ti及相近材质的不锈钢，高温烧胀范围的烧胀罐罐体材质为Cr25Ni20Si2及相近材质的高温耐热不锈钢或利用报废喷气式飞机的喷火管；单罐实验炉的烧胀罐也可为高铝瓷质罐。所述立式组合生产窑炉，结构是在窑体(10)内相接有烧胀罐(7)，预热罐(6)，在窑体(10)外相接上料斗(3),中间料斗(2)，下料斗(1)，传动设备(9)组成立式组合窑；窑体(10)由下层燃烧室(18)，上层预热室(14)相接组成；燃烧室(18)由窑底、四周窑墙、大弦(11)、排烟孔(12)、小弦(13)、喷火口(17)、除尘口(19)相接组成；预热室(14)由除尘口(19),花隔墙(21)、窑顶平弦，烟囱(15)、防暴口(16)组成；烧胀罐(7)置于燃烧室(18)内，预热罐(6)置于预热室(14)内；烧胀罐(7)、预热罐(6)均呈筒罐型，一端为开口管颈(22)和窑体(10)上的托轮(20)相接，另一端为闭口固连有传动轴(8)，轴(8)和窑体(10)上的轴承相接，轴(8)端点固连链轮(23)，由链和传动设备(9)相接，启动传动设备(9)可使罐(7)和罐(6)止反向旋转；烧胀罐(7)和预热罐(6)内均设有导流板(5)，其作用是进料和出料；烧胀罐(7)开口端管颈(22)内设有可移动的空气调节帽(4)，其作用是调节烧胀罐(7)内的空气量；在预热罐(6)和烧胀罐(7)开口端的窑体(10)上连接有上料斗(3)，中间料斗(2)，下料斗(1)完成两罐的进出料，根据生产量要求，可以是单组套、双组套、三组套、三组以上多组立式组合，烧胀罐体转速可在315r/min调整，预热罐于之相配。所述水平式组合窑的结构与立式组合窑不同之处是，烧胀罐(6)与预热罐(7)是两轴线在同一水平上，也可以有一定的高差，即以预热罐(7)高于烧胀罐(6)轴线一定高度，其高度为罐(6)半径较好，有利于烟气排放。所述单罐生产窑炉和实验炉，包括箱式窑体(26)，单罐实验炉是在烧胀罐(7)开口端端点管颈(22)外壁上设有可拆卸传动链轮(23)，另一端固连一长度为3060mm轴(8);炉门(24)为中间一通孔，可作为管颈(22)的支撑轴承，炉膛内里端点设有凹口耐火砖(25)，可作为轴(8)的支撑轴承，使用安装时，轴(8)卡于凹口砖(25)内，管颈(22)过炉门(24)中间孔，炉门(22)固定于炉体(26)上，链轮固定于管颈(22)端点外壁上和链传动设备(9)相接；一般810kW电炉，罐体长400500咖，直径150250mrn，一次可烧制陶砂或陶粒8001800g，罐体转速可在515r/min调整；单罐生产窑与之不同的是传动链轮在罐体的闭口端，罐体须增大；罐体转速可在310r,/min调整。单罐生产窑与多罐组合生产窑，烧胀窑罐体长度范围在210m，直径Φ1.02.2m,最佳直径范围为Φ1.3m土100咖、Φ1.6m士100咖、Φ1.9m土100咖、Φ2.2m土100mm。本发明窑炉对燃料适合较广，首选为燃气或燃油，其次是电力、燃煤。本发明积极效果1.可稳定地、人为控制专业化生产各种材质陶砂或陶粒，比现有氧化法(现有回转窑法)烧制的陶砂和陶粒堆积密度约小一个级别，吸水率约小1/31/2，特别是3ram以下颗粒的陶砂可专业化生产，质量提高。2.窑内温度容易控制，可直接测得陶砂或陶粒烧胀的实际温度；3.烧制的陶砂或陶粒没有氧化外壳，外表面全玻化、吸水率小、强度高；4.烧制的陶砂或陶粒外表为粗糙面，可提高混凝土握裹力降低漂浮力；5.由于是还原气氛可以使低含碳的页岩或类似矿物烧制成陶砂和陶粒。6.因可以使烧胀罐内加入耐火土质隔离剂使得烧胀物料不粘结；7.不但可制造工业生产窑炉也可以制造实验室用小型实验用炉，使对烧胀性研究试验方便快捷、大大减轻试验人员劳动强度，成数倍提高工作效率。图l，本发明生产用立式结构多组组合窑原理图，沿B-B剖面主视图。图2，本发明为图1的沿A-A剖面左视图。图3，本发明生产用水平式结构窑原理图。图4，本发明实验用单罐炉结构原理图。l下料斗2中间料斗3上料斗4空气调节帽5导流板6预热罐7烧胀罐8传动轴9传动设备10窑体11大弦12烟孔13小弦14烘干室15烟囱16防暴口17喷火口18燃烧室19除尘口20托轮21花隔墙22开口管颈23链轮24通孔炉门25凹口耐火砖26箱式炉体具体实施例l.原料配方及工艺实例①原矿料是指页岩经破碎、筛分后，520mm颗粒，在窑内烘干、预热，在高温烧胀范围10001100℃烧制陶粒。②原矿料是指页岩陶粒厂页岩筛下尾粉过0.5ram筛上的小颗粒，在窑内烘干、预热，在高温烧胀范围10001100℃直接专业化烧制陶砂。③二次造粒配方料，是指珍珠岩或浮石或火山灰、按质量分数加入5060%,天然石墨发泡剂0.3%1%，混合粉磨至0.08咖，筛余1()%18%，经加水、造粒、烘干预热，在高温烧胀范围10001100℃烧制陶粒和陶砂④二次造粒配方料，是指油页岩灰渣按质量分数加入7080%，黏土20%30%，天然石墨发泡剂4%,油页岩提油后的半焦发泡剂0.5%，混合粉磨至0.08mm，筛余10%18%，经加水、造粒、烘干预热，在高温烧胀范围1000110(TC烧制陶粒和陶砂⑤二次造粒配方料，是指珍珠岩或浮石、按质量分数为60%70%，废旧玻璃30%40%，助熔剂纯碱3%5%，发泡剂硝酸钠0.8%1.8%，混合粉磨至0.08咖，筛余10%18%，然后以混合磨细粉100份加入2530份的浓度25%35%的烧碱水溶液黏合剂，经搅拌、造粒、烘干预热，在中温烧胀范围760820。C烧制陶粒和陶砂。2.窑炉结构与工艺过程实例①立式结构多组组合生产窑实例参见图1和图2，由窑体(10)、烧胀罐(7)、预热罐(6)，下料斗(1)、中间料斗(2)、上料斗(3)、传动设备(9)相接组成。窑体(10)由下层燃烧室(18)、上层预热室(14)相接组成；燃烧室(18)由窑底四周窑墙、大弦(11)、排烟孔(12)、小弦(13)、喷火口(17)、除尘口(19)相接组成；预热室(14)由除尘口(19)、花隔墙(21)、烟囱(15)、防暴口(16)相接组成。烧胀罐(7)置于燃烧室(18)内，预热罐(6)置于预热室(14)内；烧胀罐(7)、预热罐(6)均为一端为开口管颈(22)和窑体(10)上的托轮(20)相接，另一端为闭口固连有传动轴(8)，传动轴(8)和窑体10上的轴承相接，传动轴(8)端点固连链轮(23)或其他形式的传动轮和传动动力设备(9)相接。烧胀罐(7)和预热罐(6)内均设有导流板(5)，烧胀罐7开口端管颈(22)固连有空气调节帽(4)，帽(4)的作用是调节罐内空气量，以调节合适的气氛。烘干罐(6)开口端设有入料斗(3)，烧胀罐7开口端设有中间料斗(2)和出料斗(1)。生产工艺过程陶砂或陶粒原料输入上料斗(3)内、入预热罐(6)内，预热罐(6)正转，由燃烧室(18)通过窑大弦(11)排烟孔(12)的余热烟气加热旋转的预热罐(6)，罐(6)内的物料温度控制在30050(TC时间约为l2h完成烘干、预热，预热后的料，由中间料斗(2)传入正转的烧胀罐(7)内，带上空气调节帽(4)，在旋转中由燃烧室(18)内的高温火焰与烟气在罐体外加热，罐(7)内已被预热的物料，在缺氧的还原气氛中升高至发泡烧胀温度，物料经11.5h升至烧胀发泡温度10501100℃，恒温时间范围为530min(恒温时间长短根据料的粒度、料性而定)后烧胀发泡完全，形成全玻化，很薄外表皮的陶砂或陶粒。发泡达到要求的密度停止喷火，使燃烧室温度降至600800℃:取出空气调节帽(4)，罐体(7)反向旋转在导流板(5)的作用下使物料排出罐外，由下料斗(1)排至成品输送车到筛分处经筛分后为成品；一般完成烘干、预热，烧胀，烧胀罐最后出料，一个循环时间为38h;24h内可循环46次；罐体转速可在315r/min调整。以页岩原矿和以碳和碳化物为发泡剂的原料烧制出的成品呈黑色、褐色、灰褐色；以非碳为发泡剂的原料烧制出的成品呈白色、米色、灰白色、灰色等浅于碳发泡剂成品的颜色；烧制的陶砂或陶粒外表为粗糙面，可提高混凝土握裹力降低漂浮力；上层为预热罐，下层为烧胀罐为一组，也可以是同样的两组、三组等多组组合；为了使有限的罐内装料量增大，也可以使罐的的开口端升高，或降低罐的闭口端；降低斜度为100:(510)为佳。②水平式结构组合窑实例参见图3，基本结构和例l基本一样，不同的是烧胀罐(7)与预热罐(6)是水平布置，最佳方式是预热罐(7)应比烧胀罐(6)轴线高，有利烟气运行。一般烘干罐比烧胀罐高出罐体半经的高度为佳，生产工艺过程同上。③单罐结构实验炉实例参见图4，可利用现有电炉改制。如电组丝炉，硅碳棒炉，硅钼棒炉等。去掉原炉门，另制成中间为通孔保温炉门(24);制有凹口的耐火砖(25)置于炉堂里端，凹口向上；制烧胀罐(7)开口端管径(22)外壁上设可拆卸传动链轮(23);在烧胀罐封闭端固连一长度为40mm的轴(8)，轴(8)可放于凹口(25)内自由转动。工作时将物料与耐火土按1000g陶砂或陶粒物料配耐火土200400g于罐内，先使封闭端轴(8)放于凹口砖(25)内、开口端管颈(22)穿于炉门孔后，将炉门(24)固定于电炉体(26)上，在管颈22套上链轮(23)并固定，由传动链与传动装置(9)(可调速电机)连接，电炉升温至20(TC以后，启动传动装置(9)(调速电机)使罐体转动，转速为510r/min内调整，当烧制以碳和碳化物为发泡剂的物料低于发泡温度100200。C时放入空气调节帽以调整还原气氛；以非含碳为发泡剂的物料开口烧制。如以8KW电炉为例烧胀罐罐体长420咖、直径(D160m，一次可烧制10001200g陶粒或陶砂；原状页岩经破碎、筛分的颗粒可烧制0.5lmm的颗粒的陶砂，密度小于5()0kg/m3，随着颗粒的增大越易烧制，可使密度比现有技术回转窑烧制的产品密度至少小1个级别倍左右。以上实施例烧胀罐(7)材质74090(TC范围内，烧胀罐(7)材质为1Crl8M9Ti及其相近似的不锈钢；9001150。C范围内，烧胀罐(7)材质为Cr25Ni20Si2及其他相近似的高温耐热不锈钢材质或利用报废喷气式飞机的喷火管；单罐实验炉的烧胀罐也可为高铝瓷质罐。预热罐为20号锅炉钢板及相应材质。单罐生产窑与之不同的是传动链轮23在罐体的闭口端，罐体须增大；本发明窑炉以燃油、燃气、电力、燃煤等为燃料均可，首选为燃气或燃油。以农安小城子页岩为例，以本发明还原法与现有氧化法烧制的陶砂和陶粒，在同样粒经下，堆积密度与吸水率性能比较见下表。<table>Complextableseetheoriginaldocumentpage11<table>从上表可以看出，在同样粒经下，以本发明还原法烧制的陶砂和陶粒比现有氧化法烧制的陶砂和陶粒堆积密度约小一个级别，吸水率约小1/31/2。ii权利要求1.一种还原焰烧制陶砂、陶粒工艺方法，其特征在于在窑体燃烧室内置有可调节空气量基本封闭的烧胀罐罐体，罐体内装入陶砂或陶粒原料及耐火土质隔离剂，罐体旋转，在罐体外加热，使罐内缺氧而形成还原气氛，使物料在烧胀温度范围内，外表面全玻化成薄皮，避免了形成厚质的氧化外壳，形成内外玻化发泡膨胀均匀的陶砂或陶粒；调节空气量也可以使非碳发泡剂的原料烧制成陶砂或陶粒；根据原矿料，二次造粒配方料的不同，可分为中温烧胀和高温烧胀，中温烧胀范围为740～900℃，高温烧胀范围为900～1150℃，原矿料在高温烧胀范围，二次造粒配方料分为高温烧胀和中温烧胀范围。2.根据权利要求1所述的一种还原焰烧制陶砂、陶粒工艺方法，其特征在于所述原矿料在高温烧胀，是指页岩经破碎、筛分后，520mm颗粒，50.5mm颗粒或页岩陶粒厂页岩筛下尾粉过0.5mm筛上的小颗粒，在窑内烘干预热，在高温烧胀范围1000110(TC直接专业化烧制陶砂、陶粒；3.根据权利要求1所述的一种还原焰烧制陶砂、陶粒工艺方法，其特征在于所述二次造粒配方料在高温范围烧胀，是指珍珠岩、浮石、火山灰、油页岩灰渣等原料的一种，按质量分数加入15%30%黏土或加入30%50%的页岩，再加入O.1%10%碳质发泡剂，混合粉磨至0.08mm，筛余10%18%，经加水、造粒、烘干预热，在高温烧胀范围9001100。C烧制陶砂和陶粒；根据原料含碳量的不同来调节空气量；所述碳质发泡剂是指天然石墨、人造石墨、焦碳粉、油页岩提油后的半焦等，其中的一种或两种混合使用。4.根据权利要求1所述的一种还原焰烧制陶砂、陶粒工艺方法，其特征在于所述二次造粒配方料，中温烧胀，是指珍珠岩或浮石、按质量分数为50%60%，废旧玻璃20%30%，助熔剂纯碱3%5%，发泡剂硝酸钠0.8%1.8%，混合粉磨至0.08咖，筛余10%18%,然后以混合磨细粉100份加入2530份的浓度25%35%的烧碱水溶液黏合剂，经搅拌、造粒、烘干预热，在中温烧胀范围760820"C烧制陶粒和陶砂。5.—种还原焰烧制陶砂、陶粒窑炉，其特征在于包括单罐实验炉和多罐组合生产窑，单罐实验炉炉，是由单独一个烧胀罐完成烘干、预热、烧胀全过程；多罐组合生产窑，是由预热罐完成烘干、预热，烧胀罐完成烧胀；多罐组合生产窑还包括立式组合窑与水平式组合窑；烧胀罐体转速范围在220r/min内调整，预热罐转速于之相配；为了使有限的罐内装料量增大，也可以使罐的的开口端升高，或降低罐的闭口端；降低斜度为100:(310)。6.根据权利要求5所述一种还原焰烧制陶砂、陶粒窑炉，其特征在于所述立式组合生产窑，由窑体(10)内相接有烧胀罐(7)，预热罐(6)，在窑体(10)外相接上料斗(3)，中间料斗(2)，下料斗G)，传动设备(9)组成立式组合窑；窑体(10)由下层燃烧室(18)，上层预热室(14)相接组成；燃烧室(18)由窑底、四周窑墙、大弦(11)、排烟孔(12)、小弦(13)、喷火口(17)、除尘口(19)相接组成；预热室(14)由除尘口(19)，花隔墙(21)、窑顶平弦，烟囱(15)、防暴口(16)组成；烧胀罐(7)置于燃烧室(18)内，预热罐(6)置于预热室(14)内；烧胀罐(7)、预热罐(6)均呈筒罐型，一端为开口管颈(22)和窑体(10)上的托轮(20)相接，另一端为闭口固连有传动轴(8),轴(8)和窑体(10)上的轴承相接，轴(8)端点固连链轮(23)，由链和传动设备(9)相接，启动传动设备(9可使罐(7)和罐(6)正反向旋转；烧胀罐(7)和预热罐(6)内均设有导流板(5)，其作用是进料和出料；烧胀罐(7)开口端管颈(22)内设有可移动的空气调节帽(4)，其作用是调节烧胀罐(7)内的空气量；在预热罐(6)和烧胀罐(7)开口端的窑体(10)上连接有上料斗(3),中间料斗(2)，下料斗(1)完成两罐的进出料，根据生产量要求，可以是单组套、双组套、3组套、3组以上多组立式组合，烧胀罐体转速可在315r/min调整，预热罐于之相配。7.根据权利要求6所述一种还原焰烧制陶砂、陶粒窑炉，其特征在于所述水平式组合生产窑的结构与立式组合窑不同之处是，烧胀罐(6)与预热罐(7)是两轴线在同一水平上，也可以有一定的高差，即以预热罐(7)高于烧胀罐6轴线一定高度，其高度为罐(6)半径较好，有利于烟气排放。8.根据权利要求5所述的一种还原焰烧制陶砂、陶粒窑炉，包括箱式窑体(26)其特征在于所述单罐实验炉，是在烧胀罐(7)开口端端点管颈(22)外壁上设有可拆卸传动链轮(23)，另一端固连一长度为3060mm轴(8);炉门(24)为中间一通孔，可作为管颈(22)的支撑轴承，炉膛内里端点设肴凹口耐火砖(25)，可作为轴(8)的支撑轴承，使用安装时，轴(8)卡于凹口砖(25)内，管颈(22)过炉门(24)中间孔，炉门(22)固定于炉体(26)上，链轮固定于管颈(22)端点外壁上和链传动设备(9)相接；一般810kW电炉，罐体长400500mm，直径150250mm，一次可烧制陶砂或陶粒8001800g，罐体转速可在310r/min调整。9.根据权利要求5所述的一种还原焰烧制陶砂、陶粒窑炉，其特征在于包括生产窑与实验炉，中温烧胀范围的烧胀罐罐体材质为1Crl8Ni9Ti及相近材质的不锈钢，高温烧胀范围的烧胀罐罐体材质为Cr25Ni20Si2及相近材质的高温耐热不锈钢或利用报废喷气式飞机的喷火管；实验炉的烧胀罐也可为高铝瓷10.根据权利要求6和7所述的一种还原焰烧制陶砂、陶粒的生产窑炉，其特征在于烧胀窑罐体长度范围在210m，直径O1.02.2m,最佳直径范围为01.3m士100mm、01.6m士100mm、(D1.9m士100,、0)2.2m土100腿。全文摘要本发明涉及陶砂、陶粒，具体为还原焰烧制陶砂、陶粒工艺方法及窑炉。在窑体内置有可调节空气量基本封闭的罐体，罐体内装入陶砂或陶粒原料及耐火土质隔离剂，罐体旋转，在罐体外加热，使罐内缺氧而形成还原气氛，使物料在烧胀温度范围内发泡膨胀形成陶砂或陶粒，避免了形成厚质的氧化外壳和物料的粘结，使密度降低，质量提高；窑炉的结构形式可分为单罐窑(炉)、多罐组合生产窑，能专业化烧制小颗粒陶砂，同时也适合陶粒的烧制。文档编号C04B35/64GK101200377SQ20061016323公开日2008年6月18日申请日期2006年12月14日优先权日2006年12月14日发明者邓家平申请人:邓家平