1　前　言

　　球形閉孔珍珠巖是一種以低吸水率和高強(qiáng)度為特征的新型絕熱材料，自研制成功以來，日益受到國內(nèi)外用戶的關(guān)注。為加速其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，我們在對該項技術(shù)進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，與信陽天梯礦業(yè)開發(fā)總公司合作開發(fā)工業(yè)化生產(chǎn)線。經(jīng)過一年多的努力，完成了包括土建施工、整套裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試和試生產(chǎn)等工作，成功地建成了國內(nèi)首條球形閉孔珍珠巖工業(yè)化生產(chǎn)線。2001年4月20日該生產(chǎn)線通過河南省科技廳組織的技術(shù)鑒定，并正式投入工業(yè)化生產(chǎn)。

2　生產(chǎn)線工藝路線與裝置

　　以環(huán)保、節(jié)能和產(chǎn)品性能優(yōu)勢為主要設(shè)計目標(biāo)的球形閉孔珍珠巖生產(chǎn)線采用了如下工藝路線：

    礦砂處理→自動給料→預(yù)熱→自動下料→多級加熱→產(chǎn)品水冷處理與自動傳輸→產(chǎn)品收集→產(chǎn)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(chǎn)品分級的全過程是自動連續(xù)進(jìn)行的，整個過程約需15 min，每班工作人員4～6人。

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

    與傳統(tǒng)膨脹方法不同的是，該生產(chǎn)線對原料礦砂進(jìn)行的是多級段加熱，生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有?；那蛐瓮鈿?，而非不規(guī)則的多孔開口狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

    該生產(chǎn)線以380 V工業(yè)動力電為能源。生產(chǎn)線全套裝置中，多管式電加熱膨化爐是其核心設(shè)備，這是我們自行設(shè)計并經(jīng)過多次改進(jìn)的珍珠巖專用電爐。試生產(chǎn)表明：該爐產(chǎn)量高，能耗低，生產(chǎn)運行可靠穩(wěn)定，溫度補(bǔ)償和控溫能力強(qiáng)。在設(shè)定的產(chǎn)量下，工作區(qū)溫度變化不大于1 ℃，因此，為穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量提供了可靠保證。生產(chǎn)期間，電爐的連續(xù)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(yù)熱裝置、礦砂沉降與微粉收集裝置、電爐進(jìn)出料裝置、水冷裝置、產(chǎn)品收集和分級裝置等。為保證生產(chǎn)線運行的協(xié)調(diào)性，特別是在品種更換或產(chǎn)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(shè)計為可調(diào)式，以保證與主機(jī)的完全匹配。

    該生產(chǎn)線可加工國內(nèi)不同產(chǎn)地、不同品種的珍珠巖礦砂或蛭石等可膨脹礦物。也可根據(jù)用戶的需要生產(chǎn)不同用途、不同密度（72～200 kg/m3）、不同吸水率及強(qiáng)度的產(chǎn)品，例如：當(dāng)需要生產(chǎn)具有吸附性能的產(chǎn)品時，只需改變工藝參數(shù)，即可生產(chǎn)出多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，但球形閉孔產(chǎn)品是其主導(dǎo)產(chǎn)品。

3　生產(chǎn)線可靠性研究

　　試產(chǎn)期間，對生產(chǎn)線的運行可靠性進(jìn)行了系列試驗與驗證。生產(chǎn)線的可靠性包括生產(chǎn)安全性、設(shè)備運行的連續(xù)性、配套合理性和質(zhì)量控制的一貫性等項內(nèi)容。

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

    傳統(tǒng)珍珠巖生產(chǎn)線一般工作1～2班均需停爐進(jìn)行檢修和清理，特別是需要對集結(jié)于爐內(nèi)壁的粘附物進(jìn)行處理，否則，下一步難以繼續(xù)生產(chǎn)。如前所述，電爐及整個生產(chǎn)線的連續(xù)工作時間長達(dá)168 h以上，其連續(xù)性工作的能力得到了實際驗證。保證長時間連續(xù)工作需要諸多工藝因素的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，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(chǎn)線正常連續(xù)運行的重要因素。

    結(jié)爐是任何珍珠巖窯爐生產(chǎn)中不可避免的現(xiàn)象，電爐也不例外，但是可以預(yù)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(xù)性運行是電膨化生產(chǎn)線可靠性的根本保證。多次生產(chǎn)試驗表明，只要工藝參數(shù)合理，輔助裝置配套，生產(chǎn)線連續(xù)工作的時間可以大大延長；嚴(yán)格控制礦砂軟化點溫度和保持下料的連貫性是預(yù)防結(jié)爐的有效措施，特殊的爐膛設(shè)計是快速處理結(jié)爐和保證連續(xù)工作的重要條件。

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

    質(zhì)量控制是生產(chǎn)線可靠性的最終目的。由于生產(chǎn)線的裝置配套合理、自控程度高、工藝參數(shù)設(shè)計經(jīng)過了多次的優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量得到了可靠保證?？梢栽谝淮伍_爐的始終生產(chǎn)出密度、粒度、吸水率及強(qiáng)度穩(wěn)定的產(chǎn)品。相對燃料爐而言，電爐對珍珠巖產(chǎn)品質(zhì)量的控制能力強(qiáng)。

4　產(chǎn)品性能

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

表1 閉孔珍珠巖產(chǎn)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(nèi)部孔隙吸收 的水量。② 試驗壓力為1 MPa。

5　生產(chǎn)能力與能耗

　　國內(nèi)珍珠巖加工行業(yè)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(chǎn)量一般在4000～6000 t（5萬～8萬m3）。本生產(chǎn)線使用的電膨化爐為國內(nèi)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(chǎn)線生產(chǎn)能力與能耗統(tǒng)計表

　　表2列出的數(shù)據(jù)為試產(chǎn)期間的現(xiàn)場記錄，4種產(chǎn)量是根據(jù)電爐的溫度補(bǔ)償能力由小至大逐步增加，單位能耗包括了生產(chǎn)線的全部用電損耗（電機(jī)、照明等）。

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

    該生產(chǎn)線的年生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到5000 t，以平均密度120 kg/m3折算，年生產(chǎn)能力約合4.16萬m3。

6　生產(chǎn)線的創(chuàng)新特點

6.1　工藝技術(shù)的創(chuàng)新

    傳統(tǒng)工藝技術(shù)中，把物料在爐內(nèi)滯留較長時間（大于1 s）視為禁區(qū)。這是因為，在傳統(tǒng)的燃料爐型中，珍珠巖受熱時間過長將會導(dǎo)致顆粒收縮，密度增大。本工藝中，物料在爐內(nèi)的時間長達(dá)5 s，目的是便于礦砂中的水分逐步釋放，并使表面得以?；Ｅ蚧^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(jīng)專家鑒定，該技術(shù)及其產(chǎn)品已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

6.2　設(shè)備創(chuàng)新

    多管式珍珠巖電膨化爐是國際上首次推出的新設(shè)備。在電爐的設(shè)計工作中，我們大膽地選用了新材料、新結(jié)構(gòu)和新的控溫方式，成功地解決了多溫區(qū)的串溫問題，從而為新產(chǎn)品的投產(chǎn)達(dá)標(biāo)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

6.3　產(chǎn)品創(chuàng)新

    球形閉孔珍珠巖在國內(nèi)屬新一代絕熱材料，其克服了傳統(tǒng)產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(huán)境保護(hù)

    該生產(chǎn)線實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的無污染作業(yè)，特別是在最易產(chǎn)生粉塵污染的地方（集料倉排氣孔），創(chuàng)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(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)保證。

6.5　資源利用

    該生產(chǎn)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(jié)束語

　　社會發(fā)展對環(huán)保、節(jié)能和資源利用提出了日益嚴(yán)格的要求。球形閉孔珍珠巖生產(chǎn)線作為一項技術(shù)含量較高的新技術(shù)符合時代發(fā)展的趨勢，并將對珍珠巖行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

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