【閉孔珍珠巖】高強度新型絕熱材料球形閉孔珍珠巖生產研究

1　前　言

　　球形閉孔珍珠巖是一種以低吸水率和高強度為特征的新型絕熱材料，自研制成功以來，日益受到國內外用戶的關注。為加速其產業化進程，我們在對該項技術進一步創新的基礎上，與信陽天梯礦業開發總公司合作開發工業化生產線。經過一年多的努力，完成了包括土建施工、整套裝置的設計、制造、安裝、調試和試生產等工作，成功地建成了國內首條球形閉孔珍珠巖工業化生產線。2001年4月20日該生產線通過河南省科技廳組織的技術鑒定，并正式投入工業化生產。

2　生產線工藝路線與裝置

　　以環保、節能和產品性能優勢為主要設計目標的球形閉孔珍珠巖生產線采用了如下工藝路線：

    礦砂處理→自動給料→預熱→自動下料→多級加熱→產品水冷處理與自動傳輸→產品收集→產品分級→計量包裝→入庫。

    上述工藝路線中，物料從原料處理到產品分級的全過程是自動連續進行的，整個過程約需15 min，每班工作人員4～6人。

    與傳統生產線形成鮮明對比的是，該生產線既無煙塵又無粉塵排放，工作場所清潔干凈。通過對生產線設備和工藝的特殊設計，成功解決了珍珠巖生產過程中最頭痛的粉塵污染問題。

    與傳統膨脹方法不同的是，該生產線對原料礦砂進行的是多級段加熱，生產出的產品具有玻化的球形外殼，而非不規則的多孔開口狀結構產品。

    該生產線以380 V工業動力電為能源。生產線全套裝置中，多管式電加熱膨化爐是其核心設備，這是我們自行設計并經過多次改進的珍珠巖專用電爐。試生產表明：該爐產量高，能耗低，生產運行可靠穩定，溫度補償和控溫能力強。在設定的產量下，工作區溫度變化不大于1 ℃，因此，為穩定的產品質量提供了可靠保證。生產期間，電爐的連續工作時間可長可短，但一般控制在168 h以上，這樣可以大大減少空爐升溫的能耗。更值得注意的是，工藝問題或更換零部件可以在工作期間加以解決而無需停爐處理。

    輔助裝置：主要包括自動傳輸裝置、礦砂處理裝置、預熱裝置、礦砂沉降與微粉收集裝置、電爐進出料裝置、水冷裝置、產品收集和分級裝置等。為保證生產線運行的協調性，特別是在品種更換或產量改變時保證整套裝置的一致性，上述大部分裝置的工作能力均設計為可調式，以保證與主機的完全匹配。

    該生產線可加工國內不同產地、不同品種的珍珠巖礦砂或蛭石等可膨脹礦物。也可根據用戶的需要生產不同用途、不同密度（72～200 kg/m3）、不同吸水率及強度的產品，例如：當需要生產具有吸附性能的產品時，只需改變工藝參數，即可生產出多孔蜂窩狀結構的產品，但球形閉孔產品是其主導產品。

3　生產線可靠性研究

　　試產期間，對生產線的運行可靠性進行了系列試驗與驗證。生產線的可靠性包括生產安全性、設備運行的連續性、配套合理性和質量控制的一貫性等項內容。

    該生產線采用電加熱方式進行生產，電壓高、電流大、溫度高，生產安全是可靠性的首要因素。經過3個月的試運行考驗，生產線的安全性得到了有效驗證。

    傳統珍珠巖生產線一般工作1～2班均需停爐進行檢修和清理，特別是需要對集結于爐內壁的粘附物進行處理，否則，下一步難以繼續生產。如前所述，電爐及整個生產線的連續工作時間長達168 h以上，其連續性工作的能力得到了實際驗證。保證長時間連續工作需要諸多工藝因素的統一協調，如溫度控制、氣流控制、礦砂含水量控制、原料粒度控制以及輔助裝置的配套保證等，都是影響生產線正常連續運行的重要因素。

    結爐是任何珍珠巖窯爐生產中不可避免的現象，電爐也不例外，但是可以預防，并且可以在工作期間不停爐、不降溫的情況下加以及時處理。

    連續性運行是電膨化生產線可靠性的根本保證。多次生產試驗表明，只要工藝參數合理，輔助裝置配套，生產線連續工作的時間可以大大延長；嚴格控制礦砂軟化點溫度和保持下料的連貫性是預防結爐的有效措施，特殊的爐膛設計是快速處理結爐和保證連續工作的重要條件。

    我們還對整套裝置的配套合理性進行了研究和驗證。實踐證明：參數固定式的生產裝置不符合生產和市場需要。用戶對產品的性能、品種、規格要求不同，因此，生產線只能生產單一性的產品是不可行的。裝置的配套能力必須是可調式的，如需要生產密度小的產品時，不僅膨化溫度要改變，進砂量、礦砂水分含量、風速風量甚至包裝能力也都要隨之改變，一個環節不配套，都將會對整個流水線造成麻煩乃至減產、停產。可調式的配套裝置有效地保證了生產線的可靠性。

    質量控制是生產線可靠性的最終目的。由于生產線的裝置配套合理、自控程度高、工藝參數設計經過了多次的優化，產品質量得到了可靠保證?？梢栽谝淮伍_爐的始終生產出密度、粒度、吸水率及強度穩定的產品。相對燃料爐而言，電爐對珍珠巖產品質量的控制能力強。

4　產品性能

　　在已生產的6個品種礦砂的膨脹產品中，密度最低的為72 kg/m3，最大的為190 kg/m3，前者導熱系數低，吸水率為162％，后者強度高，吸水率低，它們是針對特種用途而生產的。表1中所列的3種球形產品是該生產線具有代表性的球形閉孔產品。

表1 閉孔珍珠巖產品性能

    注：① 吸水率采用真空抽濾法測試，目的是除掉部分表面吸附水，保留內部孔隙吸收 的水量。② 試驗壓力為1 MPa。

5　生產能力與能耗

　　國內珍珠巖加工行業中，常見的爐型大部分為燃煤爐（塊煤、散煤、煤粉），部分為油（氣）爐。它們的單爐年產量一般在4000～6000 t（5萬～8萬m3）。本生產線使用的電膨化爐為國內首臺珍珠巖加工用電爐，其加工能力和能耗情況列于表2。

表2 電爐生產線生產能力與能耗統計表

　　表2列出的數據為試產期間的現場記錄，4種產量是根據電爐的溫度補償能力由小至大逐步增加，單位能耗包括了生產線的全部用電損耗（電機、照明等）。

    從表2中可以看出，生產能耗是與單位時間的產量成反比，如果投入極少量的料，能耗幾乎是無窮大。隨著產量的不斷增加，能耗呈下降趨勢。當然，并不是可以任意加大產量，產量增加必需考慮溫度補償能力和電爐的設計功率，而功率設計應留有一定的余地以彌補散熱和空氣對流產生的損耗。不難看出，電爐的能耗情況是相當理想的，電價以0.60元／(kW·h)計，其成本遠遠低于燃油爐成本，雖高于煤粉爐的成本，但如果把治理環境污染的投資與費用考慮在內，二者的成本相差不大。

    該生產線的年生產能力已經達到5000 t，以平均密度120 kg/m3折算，年生產能力約合4.16萬m3。

6　生產線的創新特點

6.1　工藝技術的創新

    傳統工藝技術中，把物料在爐內滯留較長時間（大于1 s）視為禁區。這是因為，在傳統的燃料爐型中，珍珠巖受熱時間過長將會導致顆粒收縮，密度增大。本工藝中，物料在爐內的時間長達5 s，目的是便于礦砂中的水分逐步釋放，并使表面得以玻化。膨化過程中，物料逆熱氣流而運動至出料口，這也是一般珍珠巖爐型甚至普通電爐都難以解決的問題，經專家鑒定，該技術及其產品已達到國際先進水平。

6.2　設備創新

    多管式珍珠巖電膨化爐是國際上首次推出的新設備。在電爐的設計工作中，我們大膽地選用了新材料、新結構和新的控溫方式，成功地解決了多溫區的串溫問題，從而為新產品的投產達標奠定了堅實的基礎。

6.3　產品創新

    球形閉孔珍珠巖在國內屬新一代絕熱材料，其克服了傳統產品吸水率大、易破碎的缺陷，并為珍珠巖制品的耐久性和高檔化提供了新的原材料。同時，由于顆粒結構的改變，施工性能也得以改善。用其作為保溫砂漿和涂料的輕骨料和其它輕質填充料時，可噴、可抹，制品成型加工中破碎率低，有效地降低了壓縮比和烘干成本。

6.4　環境保護

    該生產線實現了生產過程的無污染作業，特別是在最易產生粉塵污染的地方（集料倉排氣孔），創造了不加除塵裝置即可防止粉塵排放的記錄。這為珍珠巖行業的可持續發展提供了新的技術保證。

6.5　資源利用

    該生產線全部采用60目微砂為原料，有效地提高了尾礦資源的利用率。

7　結束語

　　社會發展對環保、節能和資源利用提出了日益嚴格的要求。球形閉孔珍珠巖生產線作為一項技術含量較高的新技術符合時代發展的趨勢，并將對珍珠巖行業的可持續發展起到積極的促進作用。

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