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，Fe2O3被还原成FeO，同时原料内所含碳或碳化物被氧化成CO、CO2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1/3～1/2，；

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740～900℃，高温烧胀范围为900～1200℃，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，5～20mm颗粒直接烧制陶粒，5～0.5 mm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1000～1100℃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900～1100℃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25～30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760～820℃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2～20r/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：(3～10)。

中温烧胀范围的烧胀罐罐体材质为1Cr18Ni9Ti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)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、三组套、三组以上多组立式组 合，烧胀罐体转速可在3～15r/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30～60mm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8～10kW电炉，罐体长400～500mm，直径150～250mm，一次 可烧制陶砂或陶粒800～1800g，罐体转速可在5～15r/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3～10r/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2～10m，直径Φ 1.0～2.2m，最佳直径范围为Φ1.3m±100mm、Φ1.6m±100mm、Φ1.9m±100mm、 Φ2.2m±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1/3～1/2， 特别是3mm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。

附图说明：

图1，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。

1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：

1.原料配方及工艺实例：

①原矿料是指页岩经破碎、筛分后，5～20mm颗粒，在窑内烘干、预热， 在高温烧胀范围1000～1100℃烧制陶粒。

②原矿料是指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1000～1100℃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50～ 60％，天然石墨发泡剂0.3％～1％，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1000～1100℃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70～80％，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1000～1100℃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 0.08mm，筛余10％～18％，然后以混合磨细粉100份加入25～30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760～820 ℃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300～500℃时间约为1～ 2h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1～1.5h升至烧胀发泡温度1050～1100℃，恒温时间范围为5～30min(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600～800 ℃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3～8h；24h内可循环4～ 6次；罐体转速可在3～15r/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：(5～10)为佳。

②水平式结构组合窑实例：

参见图3，基本结构和例1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200～400g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200℃以后，启动传动装 置(9)(调速电机)使罐体转动，转速为5～10r/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100～200℃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420mm、 直径Φ160m，一次可烧制1000～1200g陶粒或陶砂；原状页岩经破碎、筛分的 颗粒可烧制0.5～1mm的颗粒的陶砂，密度小于500kg/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：740～900℃范围内，烧胀罐(7)材质为 1Cr18Ni9Ti及其相近似的不锈钢；900～1150℃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。

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1/3～1/2。