本实用新型属于建筑材料领域，涉及一种多色烧结透水陶砖的烧成系统。
背景技术：
城市透水砖作为海绵城市建设的主要材料之一已经得到广泛认可，传统透水砖具有透水，保水及装修等功能，其孔隙率高达30％，具有较高的微孔透水作用，路面年雨水截留量达45％。在雨水气候，雨水可快速经透水砖进入地下，以补充日益紧缺的地下水资本。在晴朗的气候下，蓄积在砖中的水分经过蒸腾作用，平衡地表温度。透水砖路面在冬天与其他路面相比有较高的温度和相对湿度，具有减轻温室效应的作用，然后具有较高的环保功能。
陶瓷透水砖是透水砖的一种，陶瓷透水砖是指利用陶瓷原料经筛分选料，组织合理颗粒级配，添加结合剂后，经成型、烘干、高温烧结而形成的优质透水建材。目前对于城市用的透水陶砖，除了要求透水性好以外，还需要抗压、防滑、抗寒、耐风化，同时根据城市的设计对砖的色彩也有要求。申请号为201610126755.5的中国专利“一种生态透水陶瓷砖及其生产方法”介绍了一种生态透水陶瓷砖及其生产方法，将混合物料中加入适量红色或青色颜料，压制成型后置于窑中，先在100～120℃的条件下干燥1～2小时，再放入1180～1200度高温下煅烧3～5小时，待炉温降至室温后取出，即可制成红色或青色的透水陶瓷砖。上述技术在实际应用中存在的问题是透水砖颜色的调控需要在坯料中加入化工颜料，工艺复杂，成本高，不环保，而且颜料的添加会影响到砖的性能。此外现有的透水陶砖均采用隧道窑的生产方式，从砖坯制备完成到成品出炉需要数十小时的时间，严重影响了产品的生产效率，此外在隧道窑制备方式中，窑体体积大，而制品叠码在窑车上，容易产生内部烘烤火焰不均匀造成不同窑体位置处砖坯的化学反应不一致，最终影响到产品的成色和质量。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，烧成、返青、急冷等工序在同一条流水线上完成，提高了生产效率，确保了产品的一致性，同时在一条生产线上方便实现了青色和红色不同产品的制备，具有广泛的适应性。
本实用新型的技术方案如下：
一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，包括烧成窑和后续级联设置为窑体结构的返青区、急冷区和降温区，所述的烧成窑和返青区在砖坯的上部和下部分别间隔设置有上下两排烧枪，烧枪包括由电磁阀控制且具有独立阀门控制的助燃端口和燃气端口，针对不同颜色产品改变助燃风和天然气的输入比例；
所述的急冷区内部设置有水箱，急冷区外围一圈设置有完全连通的外部急冷管道，与急冷区内部急冷管道相连通，内部急冷管道在朝着砖坯方向的管壁上均布有若干只排气孔；急冷区外部设置有急冷风机，通过风管阀门与外部急冷管道连通；水箱的下部连通冷水管道，水箱上部通过蒸汽管道与外部设置的放散管道连通，蒸汽管道通过水管阀门与外部急冷管道相连通。
上述多色烧结透水陶砖的烧成系统中，烧成窑通过下部设置有挡火墙和上部设置的活动挡板构成若干个温控区段。
上述多色烧结透水陶砖的烧成系统中，烧成窑与挡火墙对应位置的窑墙上部设置支撑架，活动挡板以高度调节的方式固定在支撑架上。
上述多色烧结透水陶砖的烧成系统中，降温区的内部设置有冷水箱和若干只穿入窑体内部的冷水排管，冷水排管的出口与急冷区中水箱的下部冷水管道相连通。
上述多色烧结透水陶砖的烧成系统中，所述的烧枪包括电磁阀、出火端口和由电磁阀控制的助燃端口和燃气端口，电磁阀通过控制线连接至烧成系统的控制单元。
上述多色烧结透水陶砖的烧成系统中，燃气端口通过独立的阀门接天然气管道。
上述多色烧结透水陶砖的烧成系统中，烧成系统上部设置有若干只抽热风机，抽热风机的出口通过管道连通至陶砖生产线的烘干窑。
本实用新型具有的有益技术效果如下：
1、本实用新型的烧成系统采用流水线作业，克服传统隧道窑方式无法连续生产的不足，大大节约了产品的生产周期；同时生产线中对于每只砖坯采用统一的烧成、返青和急冷等工序，砖坯受到的反应条件保持一致，避免了隧道窑烘烤还原中因窑体面积大，还原焰和受热反应不均匀造成的一批成品色差不一，质量不一致等问题，确保了产品质量。
2、本实用新型的生产线优势在于青砖和红砖的生产是在同一条生产线中完成，且通过工艺调节，可以烧制红色，青灰色，咖啡色，黄色等各种天然颜色的产品，全程无化工原料及色料的添加，且使用天然气作为燃料，使得产品色泽天然且生产过程环保。在透水砖制备中，通过在返青区和急冷区采取不同的还原气氛控制和急冷锁色方案，在一条流水线上实现了不同颜色透水砖的生产控制。通过对天然气燃烧机理研究，采用燃气不充分燃烧下产生一氧化碳，对砖坯中的铁氧化合物进行不同程度的还原反应进而改变产品色泽，同时在急冷区设置了水冷和风冷两套急冷降温系统，通过合理的管路设计和阀门控制，一套系统满足了青砖在绝氧环境中和红砖在有氧环境中的不同急冷速度的要求。
3、本实用新型烧成窑采用烧枪阵列加热实现生产线上砖坯的陶化反应，通过电磁阀自动控制天然气和助燃风的大小，实现了整个窑区内部砖坯的均匀加热，确保了流水线上产品的一致性；同时在烧成段增加了若干以活动挡板和挡火墙构成的局部温控区域，通过调节活动挡板的高度来调节该温控区域的温度，结合抽热风机的风量调节，使得整个烧成窑的温度随长度变化量符合烧成窑的烧成曲线，最终确保了产品质量。
附图说明
图1为本实用新型烧成系统的组成示意图；
图2为本实用新型烧成窑/返青区沿传输方向剖视示意图；
图3为本实用新型烧成窑/返青区垂直于传输方向剖视示意图；
图4为本实用新型活动挡板工作原理示意图；
图5为本实用新型烧枪的结构原理示意图；
图6为本实用新型急冷区沿传输方向剖视示意图；
图7为本实用新型急冷区垂直于传输方向剖视示意图；
图8为本实用新型降温区结构示意图。
附图标记为：8-助燃风机；9-抽热风机；10-辊棒传动装置；11-急冷风机；14-天然气；30-烧成窑；31-燃气管道；32-助燃风管；33-烧枪；34-挡火墙；35-活动挡板；36-直孔；37-支撑架；38-支杆；39-锁定杆；40-返青区；41-助燃端口；42-燃气端口；43-出火端口；44-控制线；45-电磁阀；50-急冷区；51-水箱；52-冷水管道；53-内部急冷管道；54-风管阀门；55-水管阀门；56-放散管道；57-蒸汽管道；58-外部急冷管道；59-排气孔；60-降温区；61-冷水排管；62-冷水箱；70-打包区；80-烧成系统；110-砖坯。
具体实施方式
本实用新型涉及建造海绵城市大量使用的一种页岩烧结性透水陶砖，为了克服传统隧道窑生产工艺中存在的成色不均匀、生产周期长的不足，本实用新型在国内研发了首套透水砖生产流水线，适应了不同颜色成品的要求。在整个生产线设计中，需要根据原料和产品要求设计不同的烧成温度曲线，故需要结合砖坯的移动速度、路径合理分配每个区段的温度值和窑炉气氛，才能实现陶化反应，确保产品质量。此外在颜色控制中，传统的烧制方法不能实现青色砖和红色砖在同一条生产线中完成，基本全靠添加化工色料来实现不同颜色的产品，而本实用新型需要在一条生产线中实现青砖和红砖的还原和锁色反应，故带来了较大的技术难度。
本实用新型采用高质量页岩材料，经液压成型、烘干、烧制后形成产品。对于青灰砖生产，在返青区将烧枪调整成还原焰，制品通过烧成窑后经返青区的还原焰形成青灰色砖后进入急冷区，采用蒸汽水冷锁住颜色后，经过降温区出窑；若生产红色、咖啡色、黄色等青灰色以外的颜色，则在返青区将烧枪调整成氧化烧成高温区参数，制品经烧成窑及高温区后直接进入急冷区，急冷区采用冷风急速冷却降温锁住颜色。
烧结透水陶砖的生产线包括制粉成型、烘干窑、烧成系统80和分拣打包单元70。砖坯110在辊棒传动装置10的传动下，依次经过烘干窑、烧成系统80后制成陶砖，由分拣打包单元70打包入库。
原料包括页岩、黄干土、沙土和含铁物料，预先混合后加入水分，经多级循环粉碎筛选，造粒形成0.05-0.3mm直径的颗粒后进入陈化釜陈化48小时以上，然后采用压制设备压制成砖坯110，经过联运线输送至烘干窑处。
辊棒传动装置10为辊道窑物料传动的常见设备，主要包括减速电机、链传动装置、转轴、交错传动装置和若干只并排跨在炉体区域上设置的辊棒，减速电机驱动链传动装置转动，带动转轴转动，再通过交错传动装置带动若干只辊棒同步转动，进而带动砖坯等物料在辊棒上移动。图中省略了辊棒传动装置10中的减速电机、链传动装置、转轴、交错传动装置，仅给出了辊棒的示意图。为了充分利用场地，在烘干窑前后设置了联运线，目的是进行生产流水线的方向转换。其中联运线是辊棒传动生产线的公知技术，本实用新型不再赘述。
烧成系统80包括烧成窑30和后续级联设置的返青区40、急冷区50和降温区60，返青区40、急冷区50和降温区60均为侧面密封为窑体结构，其中烧成窑是实现原料陶化的关键环节。传统的透水砖采用隧道窑制备方式，由于窑体体积大，容易产生内部烘烤火焰不均匀，最终影响到产品的成色和质量，本实用新型采用流水线式生产方式，从砖坯入窑至同时成品出窑仅需要数小时，大大节约了生产周期；同时生产线中对于每只砖坯采用统一的烘烤、烧成、急冷等工序，砖坯受到的反应条件保持一致，确保了产品质量。
如图2和图3所示，本实用新型的烧成窑30包括密闭方式的窑墙24，辊棒传动装置10带动砖坯110穿过烧成窑30的中部位置，窑墙24的顶部安装有变频抽热风机9，将余热抽送至烘干窑。辊棒传动装置10的上部和下部间隔分布有两排烧枪33，每排烧枪33处于同一水平线上，烧枪33的产生的火焰朝内，同一排的烧枪交错排布。本实用新型采用烧枪阵列加热实现生产线上砖坯的陶化反应，并自动控制火焰大小和温度，实现了整个窑区内部砖坯的均匀加热，确保了流水线上产品的一致性。
为了满足烧成区的温度曲线，将烧成窑30分成若干个温控区段，在普通的烧成窑30的特定位置处增加了若干活动挡板35和挡火墙34，从而阻碍该区段内的热流发散，形成局部的恒温区域。图4中烧成窑30的下部设置有挡火墙34，与挡火墙34对应的位置窑墙24上部设置支撑架37，支撑架37上固定有若干只支杆38，支杆38上开有系列直孔36，若干只活动挡板35固定在支杆38上。锁定杆39穿过不同位置的直孔36和支撑架37横梁上的通孔，将支杆38固定在支撑架37上，实现了窑体局部空间的密封，防止该区段内的热流发散而出，而且通过上调节活动挡板35的高度可以起到调节该局部空间温度的作用，最终满足了烧成曲线要求，确保了产品质量。
如图5所示，烧枪33包括电磁阀45、控制线44、出火端口43和由电磁阀45控制的助燃端口41和燃气端口42，燃气端口42通过独立的阀门接天然气管道，助燃端口41则通过独立的阀门和管道连通至助燃风机8，生产线的控制单元通过控制线控制电磁阀45，从而控制天然气14和助燃风的大小，使得烧枪产生不同温度的火焰用于砖坯陶化反应。
烧成窑30通过控制烧枪33的电磁阀45产生不同温度的火焰，结合调节活动挡板35的高度以及抽热风机9的风量，控制烧成窑的温度和窑炉气氛，控制烧成曲线，从而控制产品颜色深浅、成品抗压强度、吸水率等参数。
返青工艺采用作为燃料的天然气将高温氧化的红砖三氧化二铁还原成呈青色的氧化亚铁，再通过下置式水箱蒸发的水蒸气锁住青色，同时快速降温。返青区40的设置与烧成窑30类似，辊棒传动装置10带动砖坯110穿过返青区40的中部位置，辊棒传动装置10的上部和下部间隔分布有两排烧枪33，每排烧枪33处于同一水平线上，烧枪33的产生的火焰朝内，同一排的烧枪交错排布。窑墙24的顶部安装有变频抽热风机9，将余热抽送至烘干窑。通过调节烧枪33中天然气与助燃风的配比，使烧枪产生的还原焰注入返青区，从而使制品产生青色。当生产红色制品时，返青区的烧枪与烧成窑的烧枪则调节一致，均注入氧化焰，产生高温烧制产品。
为了一条生产线满足青色和红色透水砖的生产，需要在返青区40和急冷区50采取不同的方案。根据陶砖制备原理，青砖烧制前期和普通红砖是一样的，砖坯氧化烧结后在还原气氛下三氧化二铁生成氧化亚铁，在高温下氧化亚铁与二氧化硅生成青色的硅酸亚铁玻璃相，故砖体的表面呈青色。由于氧化亚铁极不稳定，在300℃以上容易二次氧化，所以青砖必须在缺氧的状态下一直冷却到无法再次氧化的温度直至出窑。
对于红砖生产，由于砖坯不需要还原反应，故返青区40的烧枪33控制采用与烧成窑30一致的方案，即烧枪33正常工作，产生高温火焰对返青区40的砖坯110继续进行烧制。而对于青灰砖生产，则在返青区40将烧枪33调节为还原焰，即控制电磁阀45，关闭烧枪33的助燃端口41，从而使得烧枪的出火端口43只输出天然气。天然气的主要成分为甲烷，在高温的砖坯所在的返青区产生不充分燃烧产生一氧化碳，一氧化碳产生还原气氛，对砖坯氧化烧结后在还原气氛下三氧化二铁生成氧化亚铁，并保持整个返青区40处于缺氧的状态，确保青砖不被二次氧化。通过控制烧枪33助燃端口41和燃气端口42的流量比，控制还原反应程度，进而可以生产颜色介于青色和红色之间的其他彩色砖。
根据前面的青砖还原原理，由于返青区40内砖坯110上的氧化亚铁极不稳定，在300℃以上容易二次氧化，故需要在后续的急冷区采取相应的措施。
图6和7中，在急冷区设计了两套急冷降温设备，可实现风冷和水冷。图中，急冷区50内的上部和下部分别设置了两只水箱51，在高温炉体内部作用下产生水蒸气。急冷区50的外围一圈设置有完全连通的外部急冷管道58，与窑体内的内部急冷管道53相连通，内部急冷管道53在朝着砖坯方向的管壁上均布有若干只排气孔59。排气孔59的直径为5-15mm，优选10mm，孔与孔的间隔10-20mm，优选间隔15mm。
急冷区50外部设置有急冷风机11，急冷风机11通过风管阀门54与外部急冷管道58连通；水箱51的下部连通冷水管道52，水箱51的上部通过蒸汽管道57与外部设置的放散管道56连通，蒸汽管道57通过水管阀门55与外部急冷管道58相连通。
当生产青灰转制品时，需要短时间绝氧且急冷，则风管阀门54关闭，避免外界的空气流入，同时水管阀门55打开，水箱51内产生的水蒸汽，通过蒸汽管道57和外部急冷管道58进入窑内的内部急冷管道53中，通过排气孔59对砖坯急冷降温，此时外界空气不流入，急冷区处于绝氧且急冷状态，将返青后的制品颜色锁住；实践证明，采用水蒸气绝氧急冷，不但有利于氧化亚铁的稳定性，防止二次氧化，且有利于青砖的品质和色泽。
当生产红色、黄色等制品时，水管阀门55关闭，风管阀门54打开，则急冷风机产生的冷风通过风管和外部急冷管道58进入窑炉内的内部急冷管道53中，通过排气孔59对砖坯急冷降温，将原色制品予以冷却。实践证明，采用外界风冷的方式可以确保红色、黄色制品在急冷区处于有氧状态，使得最终的颜色色泽更加纯正亮丽。此时放散管道56打开，水箱51内的蒸汽予以放散，由于水箱51处于高温环境中，为防止干烧必须保证水箱内有适当的水量，其产生的蒸汽从放散管道56被放出或回收利用。从余热利用的角度出发，水箱51的冷水管道52连通至降温区60内部设置的冷水排管61，利用余热将水箱51的进水加热，提高蒸汽产生效率和急冷效率。
如图8所示，降温区60的顶部设置有抽热风机9和冷水箱62，抽热风机9将热量抽至烘干窑，同时降温区60的内部设置有若干只冷水排管61与冷水箱62连通，冷水排管61的出口与急冷区中水箱51的下部冷水管道52相连通，在给降温区降温的同时，充分利用余热至急冷区，达到环保节能的效果。
采用本系统进行透水砖烧成步骤如下：
【1】烘干后的青色砖坯或红色砖坯经过辊棒传动装置传动至烧成窑，调节烧枪助燃端口41和燃气端口42的流量比，使得出火端口43输出为燃烧火焰，对砖坯进行烧成；
【2】返青
砖坯经过辊棒传动装置传动至返青区；
对于红色砖坯，调节烧枪助燃端口41和燃气端口42的流量比，使得出火端口43输出为燃烧火焰，对红砖继续进行氧化烧成；
对于青色砖坯，将烧枪的助燃端口关闭，使得烧枪出火端口43为只输出天然气的还原焰，对青砖进行返青；
【3】急冷
砖坯经过辊棒传动装置传动至急冷区；
对于红色砖坯，急冷风机产生的冷风通过风管和外部急冷管道进入急冷区的内部急冷管道，在有氧的环境中对制品予以风冷；
对于青色砖坯，水箱内产生的水蒸汽，通过蒸汽管道和外部急冷管道后进入急冷区的内部急冷管道，在绝氧的环境中对制品予以蒸汽冷却；
【4】降温
砖坯经过辊棒传动装置传动至降温区，采用风冷的方式将砖坯温度降至常温。
本项目在国内建成了首套可自动生产红砖和青砖的辊道窑生产线，其中烘干窑长度约100m，温度从进口的60℃至出口达到200℃，供热方式利用烧成系统产生的余热。烧成窑30的长度约80米，包括预热段40米，温度从200℃上升至600℃；烧成段长度约40m，温度从600℃上升至1100℃。返青区40的长度约10m，烧制红砖时温度为1100℃，烧制青砖时温度为900℃；急冷区50的长度约15m，温度控制在500℃以下；降温区60的长度50m，最终将成品降至常温。从砖坯制备压制成型至最终产品包装需要6-8小时左右，大大提高了生产效率，确保了质量，并满足了不同客户对透水砖品种的需求，同时采用天然气为燃料和余热回收技术，满足了生产环保要求。
1.一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，其特征在于：包括烧成窑(30)和后续级联设置为窑体结构的返青区(40)、急冷区(50)和降温区(60)，所述的烧成窑(30)和返青区(40)在砖坯(110)的上部和下部分别间隔设置有上下两排烧枪(33)，烧枪(33)包括由电磁阀(45)控制且具有独立阀门控制的助燃端口(41)和燃气端口(42)，针对不同颜色产品改变助燃风和天然气的输入比例；
所述的急冷区(50)内部设置有水箱(51)，急冷区(50)外围一圈设置有完全连通的外部急冷管道(58)，与急冷区(50)内部急冷管道(53)相连通，内部急冷管道(53)在朝着砖坯方向的管壁上均布有若干只排气孔(59)；急冷区(50)外部设置有急冷风机(11)，通过风管阀门(54)与外部急冷管道(58)连通；水箱(51)的下部连通冷水管道(52)，水箱(51)上部通过蒸汽管道(57)与外部设置的放散管道(56)连通，蒸汽管道(57)通过水管阀门(55)与外部急冷管道(58)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，其特征在于：烧成窑(30)通过下部设置有挡火墙(34)和上部设置的活动挡板(35)构成若干个温控区段。
3.根据权利要求2所述的一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，其特征在于：烧成窑(30)与挡火墙(34)对应位置的窑墙(24)上部设置支撑架(37)，活动挡板(35)以高度调节的方式固定在支撑架(37)上。
4.根据权利要求1所述的一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，其特征在于：降温区(60)的内部设置有冷水箱(62)和若干只穿入窑体内部的冷水排管(61)，冷水排管(61)的出口与急冷区中水箱(51)的下部冷水管道(52)相连通。
5.根据权利要求1所述的一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，其特征在于：所述的烧枪(33)包括电磁阀(45)、出火端口(43)和由电磁阀(45)控制的助燃端口(41)和燃气端口(42)，电磁阀(45)通过控制线(44)连接至烧成系统的控制单元。
6.根据权利要求5所述的一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，其特征在于：燃气端口(42)通过独立的阀门接天然气管道。
7.根据权利要求1所述的一种多色烧结透水陶砖的烧成系统，其特征在于：烧成系统(80)上部设置有若干只抽热风机(9)，抽热风机(9)的出口通过管道连通至陶砖生产线的烘干窑。
技术总结