程顺义
( 武汉建筑材料工业设计研究院有限公司 430074 )
摘 要：根据目前国内加气混凝土生产工艺管理特点，分析了加气混凝土工厂静停养护窑的设计思路，对国内现有加气混凝土工厂静停养护窑的优缺点及存在的问题进行了论述，提出尽可能优化加气混凝土工厂静停养护窑工艺流程，减少人力，消除安全隐患和避免不合理的工艺环节。
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关键词 ：加气混凝土；工艺流程；静停养护窑；工艺设计；安全
收稿日期：2014-10-17
前言
1923年，瑞典人埃克森（J.Eriksson）掌握了以铝粉为发气剂的生产技术并取得了专利权，从而为加气混凝土大规模工业化生产提供了重要的条件。此后，随着工艺技术和设备的不断改进，工业化生产日益成熟，终于在1929年首先在瑞典建成了第一座加气混凝土厂。
我国早在上世纪30年代就有了生产和使用加气混凝土的记录。1949年新中国成立后，我国十分重视加气混凝土的研究和生产，1965年引进瑞典西列列克期公司专利技术和全套装备，在北京建成我国第一家加气混凝土厂—北京加气混凝土厂，这标志着我国加气混凝土进入工业化生产时代。
从1965年至今，加气混凝土在我国逐步发展起来成为目前非常广泛使用的建筑节能材料，全国加气混凝土生产线众多，已经成为全球最大的加气混凝土应用市场，使用的加气混凝土主机设备各不相同。但是，从行业整体来看，加气混凝土生产线的规划和设计仍较滞后，国内还没有形成系统性科学的加气混凝土生产线规划设计规范性文件，在众多生产线投资者、设备生产厂家、设计单位等单位的共同推动下，《加气混凝土工厂设计规范》（GB50990-2014）于2015年1月1日起正式实施。相信该标准的颁布，对促进我国加气混凝土生产线规划设计水平的提高起到积极的促进作用。
1 静停养护窑工艺设计的总体思路和评价标准
投资者进入加气混凝土行业，首先最想了解的是投资收益是多少，投资回收期多长，行业发展前景如何，如果仅从技术角度分析投资要素，首先要确定的就是投资规模。
投资规模取决于当地加气混凝土产品销售半径内市场容量，市场容量大小决定了生产线的设计规模，也就确定了购置土地的大小。
当然，也可以根据投资者已有土地的大小，结合加气混凝土生产工艺布局和工艺流程，合理布置，对已有土地加以规划利用。
设计规模确定之后，再结合投资者对生产线设备配置、自动化控制程度、劳动强度、产品品种等多方面要求，经过综合对比分析后，可以确定静停养护窑设计思路。
静停养护窑设计涉及的问题有：静停养护窑窑型选择、静停工位数量、模具输送传动方式、养护热源损失、管线布置等。
评价加气混凝土工厂静停养护窑设计规划的优劣，从窑占地面积、模具车内坯体静停质量、配套设备及材料投资、自动化控制水平、热源使用效率、安全性、劳动强度、生产效率、环境等多方面考虑。
由此可见，衡量加气混凝土工厂静停养护窑的工艺流程是否合理，投入和产出是否成正比，不能用单一指标比较。
表1为加气混凝土工厂静停养护窑工艺设计评价因素表。
2 静停养护窑优缺点对比和窑型的确定
加气混凝土工厂的工艺流程设计是工厂设计成败的关键，这一点在行业内已经形成共识。可很多业内人士却忽视了静停养护窑工艺流程设计。
静停养护是加气混凝土生产的重要环节，浇注完毕后的料浆静停养护质量的好坏直接决定坯体切割质量的好坏以及生产效率。
浇注完毕后模具内的料浆进行静停养护分为2类窑型：隧道窑和单车单窑。
（1）占地面积对比分析
从图1、图2、图3可知，同样规模的大型加气混凝土工厂（日产1000m3，每天有效工作时间22.5h）静停养护窑32个静停工位，隧道窑本体占地面积约670m2，砖墙面积约370m2，混凝土屋面面积约670m2；单车单窑本体占地面积约966m2，砖墙面积约286m2，混凝土屋面面积约966m2。
从占地面积及建筑构筑物成本来看，隧道窑土建费用偏低些。
（2）从模具车内坯体静停质量方面对比
隧道窑不可避免地造成后道工序浇注的模具车进窑时会碰撞前面进窑的模具车，由于前期进窑模具内坯体还没完全硬化，被后面的一辆模具车碰撞，势必会对尚未硬化的料浆产生波动，而且这种波动每隔一定时间周期就会发生一次，对坯体质量的影响是客观存在的，会造成模具内料浆出现一定程度上的离析，上下层坯体容重偏差加大。
单车单窑内的模具车彼此之间完全不受干扰，独立进窑静停，不存在前后进窑的模具车之间因为碰撞而影响模具内坯体静养。
单车单窑自浇注料浆完毕到切割之前，模具车与模具车之间是不会发生碰撞的，不会对模具车内的料浆形成硬化的坯体造成影响。这是单车单窑一个十分明显的优势，这种窑型更有利于投资者和生产管理者对产品质量进行控制，生产工艺管理更方便可靠，尤其是对投资者要求生产精确加气混凝土砌块和加气混凝土板材来说，采用单车单窑窑型更有必要，这是保证生产高精确加气混凝土砌块和加气混凝土板材必要的设计保证措施之一。
（3）静停养护窑配套设备及材料投资对比
隧道窑内模具车传动输送用设备有摩擦轮或牵引机、养护管道及阀门等。
以大型加气混凝土工厂（日产1000m3，每天有效工作时间22.5h）静停养护窑32个静停工位为例，隧道窑采用4条，每条窑内8辆模具车停放工位，采用摩擦轮传动一共需要40台摩擦轮；如果采用牵引机牵引模具车移动，牵引机台数可以是4台，也可以布置成每条隧道窑内2台牵引机，一共需要8台，牵引机台数取决于模具车进窑有无外部动力驱动模具车。单车单窑窑内只需1辆摆渡车即可。
从图1和图2、图3可知，隧道窑内轨道长度约450m；轨道长度：单车单窑窑内轨道长度约270m，单车单窑窑内散热蒸汽母管沿墙铺设长度约130m，隧道窑内散热蒸汽母管沿墙铺设长度230m。
配套设备及材料投资的对比取决于投资者更倾向于自动化控制水平、进窑和出窑设备特点等多方面因素，不能简单地认为隧道窑配套设备投资低，单车单窑配套设备投资高；也不能认定隧道窑配套设备投资高，单车单窑配套设备投资低，这个对比需要结合具体项目、投资者具体要求等多方面因素才能确定。
（4）自动化控制水平对比
隧道窑由于是后一辆模具车顶推前一辆模具车前进，窑内模具车位置每间隔一定时间就会移动位置，直至出窑结束，就单个模具车而言，其在窑内的位置是不停变换位置的，对模具车内坯体的硬度检测和温度进行实时检测很难实现；单车单窑模具车进窑后，静停某一位置后一直到满足出窑条件后才出窑，模具车实现真正意义上的静停，由于模具车没有移动，可以采用自动化检测手段，对每一个工位上的模具车内坯体进行硬度和温度检测，达到自动控制要求，以便自动控制模具车出窑时间。
（5）静停养护热源损失对比
从图1可知，隧道窑进口面积达26m2，出口断面面积达26m2；单车单窑进口断面面积约4m2，出口断面面积约4m2，隧道窑洞口面积明显大于单车单窑洞口面积，达到单车单窑窑口散热面积的6.5倍。
在相同工位情况下，相同的模具车数量，相同的静停工艺参数，热源消耗隧道窑热损失量大于单车单窑热损失量。
目前，国内加气混凝土工厂一般采用隧道窑居多，尤其在中小型加气混凝土工厂，其典型特点是简单实用。
近几年来，随着加气混凝土工厂单线规模越来越大，以及投资者自动化控制水平等要求越来越高，产品质量要求越来越高，单车单窑在大型加气混凝土工厂应用越来越广泛，越来越成熟。
在设计加气混凝土工厂时，有的设计人员因认识不足，会误解为隧道窑比单车单窑占地节省，所以隧道窑比单车单窑更有优势，更适合加气混凝土生产。事实上，以同样的静停养护工艺制度执行，结合投资者要求的设计规模、自动化控制水平、对模具内料浆影响程度等多方面因素分析，单车单窑对于大型加气混凝土工厂而言更具优势。
3 静停养护工位数的确定
根据拟建加气混凝土工厂的设计规模，结合加气混凝土生产原材料的特性，确定合理的静停养护时间和养护热工制度后，即可确定静停养护工位数。
如果采用隧道窑，根据已确定的静停养护工位数，再综合考虑窑长、占地面积有无限制等因素确定隧道窑的条数。
4 静停养护窑配套设备选型
在确定窑型的情况下，再确定窑内模具输送传动设备的选型。一些小型加气混凝土工厂的输送传动方式在此不阐述和说明。
目前加气混凝土行业窑内模具输送传动主流设备有牵引机、摩擦轮两大类。
如果采用隧道窑，模具输送传动设备采用牵引机或摩擦轮均可。采用牵引机时，每条窑内牵引机条数可以是1台，也可以是2台，视模具车进窑有无外部动力驱动决定；采用摩擦轮，摩擦轮数量取决于窑长和窑的条数。
如果采用单车单窑，窑内模具车输送传动由摆渡车完成，模具车进窑和出窑有两种方式：一是依靠窑内岸上摩擦轮驱动模具车；二是依靠静停养护窑内摆渡车本体自带驱动机构（摩擦轮或推拉机构）驱动模具车。
随着加气混凝土工厂单线规模越来越大，生产要求越来越高效，生产节拍越来越紧凑，必然对工艺流程提出更高的要求，要求简洁流畅，设备故障点越少越好，集成自动化设备应用越来越广泛，从这一趋势来看，依靠静停养护窑内摆渡车本体自带驱动机构（摩擦轮或推拉机构）驱动模具车这一方式更适合大型加气混凝土工厂。
5 静停养护窑楼面场地利用
随着对加气混凝土板材认识的深入，国内加气混凝土板材线会越来越多，板材生产特点不同于砌块，尤其是钢筋加工处理、钢筋网片/网笼处理工段占地面积大，周转场地大。
利用静停养护窑窑面做板材钢筋的组钎、插钎、拔钎自动循环系统，可以充分利用工厂已有的空间，不占用新土地，可节约土地，降低土建费用，是一举多得的好事情。
无论是隧道窑还是单车单窑，这2种窑型都适合生产板材，窑面设备布置特点各不相同而已。
评价相同规模的加气混凝土工厂静停养护窑工艺设计水平如何，既要进行综合投资分析（建构物、机械装备、生产运行成本、技术水平等），又要看静停养护窑与前后工序的衔接过程是否顺畅便捷，操作空间是否通畅，工作环境是否安全文明，是否便于维修维护，能否通过简单扩建达到扩大产能。
结语
随着近几年国家墙材各项政策的逐步落实，各地的加气混凝土工厂雨后春笋般建立起来，大部分工厂都是私人合股兴建的，这些投资者往往看了热闹却摸不清楚门道，最后导致并不先进或先天不足的生产工艺和生产布局被考察者克隆，同样的生产工艺被相互传抄，加气混凝土新建工厂不少，工艺技术水平却少有提高。
设计是为了建厂，建厂是为了经营，经营是为了增值。
所以，静停养护窑设计的最终目标是要建设一个能产生经济效益的硬件体系，确保生产过程中避免出现因设计而造成的先天不足，杜绝后期技术改造和减少后期维护工作的成本，创造合理的生产条件，使建厂投资尽早回收并获得增值。
随着加气混凝土行业的不断发展，设备厂家的技术人员、科研机构的不断研究，再结合生产厂家技术人员和管理人员实际生产经验的反馈，希望在不久的将来，加气混凝土行业能够实现更高水平的自动化生产，改善生产环境，成为更具备现代化装备和自动化管理水平的行业，为我国的绿色新型墙体材料事业作出更大贡献。
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参考文献：
[1] 张继能,顾同曾.加气混凝土生产工艺.武汉工业大学出版社,1992.
[2] 加气混凝土生产机械设备编写组.加气混凝土生产机械设备.武汉工业大学出版社,1991.
作者简介
程顺义，1980出生，毕业于武汉理工大学材料学院，获材料科学与工程、工商管理专业双学位，高级工程师，自2004年始从事水泥工厂、水泥窑余热发电电站、商混站、加气混凝土工厂、硅酸钙板工厂、新型砖厂等工厂规划、设计、设备安装调试等。
先后从事过工程设计、工程总承包管理、技术等工作。
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