彩色水泥瓦是一种新型的建筑屋面材料，其抗折强度高，色彩丰富，尺寸误差小，具有传统粘土瓦无法比拟的优点。近年来，我国引进或建成了多条彩瓦生产线。由于彩色水泥瓦是流水线生产，生产效率高，国外一条线最高达120片/min。因此，生产环节中的彩瓦养护工艺非常关键。彩瓦养护不好，就会大大影响彩瓦的质量和成品率，尤其是对彩色瓦表面影响较大。常规的蒸汽蒸养工艺对彩色水泥瓦不是一种合适的养护方法，蒸汽蒸养工艺首先需要建造锅炉，设备投资大；其次，窑中的温、湿度难于精确控制，蒸汽的冷凝水滴滴在彩瓦坯上会影响彩瓦的外观质量。所以，对彩色水泥瓦养护窑的养护系统进行设计和分析非常必要。
1 彩色水泥瓦养护窑供热系统的设计要求
彩瓦生产线的生产设备、产量、自动化程度确定了养护窑的大小、数量和养护的时间之后，就可以设计养护窑的供热系统。高质量、高效率的彩色水泥瓦养护窑的供热系统应满足以下要求：
a.具有养护水泥瓦所要求的温度和湿度条件，在规定的养护时间内使彩瓦具有脱模强度，满足高效率生产的要求。
b.窑内的温度、湿度必须均匀。这是降低瓦与瓦之间的色差，保证瓦质量，减少废品的重要条件。
2 彩色水泥瓦养护窑供热系统
生产上使用的彩瓦养护窑及其加热系统示意图见图1，养护窑长14m，宽3.6m，高3.6m，最多可一次养护5000片彩瓦。其加热系统由三部分组成：燃烧器、喷水加湿系统；燃烧室和养护窑的热交换循环系统以及控制系统。
图1 加热窑的结构及换热过程示意图
①～⑨为测温点 热风流向 回风流向
2.1 工作过程
这是一个封闭的循环加热系统。首先，燃烧器(小型的燃油或燃气燃烧器)工作，加热燃烧室中的空气，并同时加热燃烧室内罩住燃烧火焰的燃烧管，通过雾化器把水喷在燃烧管上，使燃烧室充满湿热的空气。然后，通过图1所示的送风风机、送风管和养护窑顶上正中的长的分配管把燃烧室内的湿热空气送入养护窑，养护窑壁上的回风管把窑中冷空气回流到燃烧室。控制系统根据养护窑内温湿度传感器的信号对燃烧器和加水系统进行控制，使窑中温度和湿度保持恒定。
2.2 设备的选用及工艺参数
本系统主要设备为燃烧器、高温风机、管道和控制系统。
燃烧器采用强制鼓风式液化石油气燃烧器，输出热量为1.2×105kcal/h左右，工作环境清洁，无须排烟。进口燃烧器较贵，国内现在亦有同类燃烧器。当然，也可采用输出热量相当的燃油(柴油)燃烧器。
送风风机采用耐高温轴流风机，风量为8000m3/h，风压为2kPa，也可采用锅炉引风机代用，但需更改燃烧室的部分结构。
管道用镀锌钢板卷制，现场制备。
控制系统包括温湿度传感器、电磁阀、煤气压力表或油量计、水流量表和主控制柜。主控制柜可采购元件自制。
其他小设备现场自制。
2.3 养护窑内温度的测量与分析
环境温度为15℃、湿度为65％时，空的养护窑运行时的温度测量值见表1，要求窑温为40℃，窑的相对湿度为90%。测温点参照图1布置，1、2、3点位于窑上部；4、5、6点位于窑的中部；7、8、9点位于窑的下部，其中8点在回风管的回风口附近。
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测温时间 |
1 |
4 |
7 |
2 |
5 |
8 |
3 |
6 |
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14:20 |
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15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
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14:50 |
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25 |
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15:20 |
40 |
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37 |
39 |
37 |
34 |
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39 |
39 |
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15:50 |
40 |
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38 |
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38 |
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15:55 |
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33 |
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16:20 |
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16:50 |
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38 |
由表1可看出：刚开始加热时，窑上部的温度升高很快，1、2、3点的温度基本相同。经过半小时后，中部温度开始升高，而上部的温度基本保持恒定，5、8点温度偏低是由于回风口附近窑内冷空气流过引起的。1h后，窑内温度都在39℃左右，温差不超过±2℃，1.5h后，打开窑门，送入第一架装满瓦坯的瓦架，立即关上窑门，窑内温度开始波动，但波动范围不大，经过大约20min，窑内温度又恢复到39℃。一架装满瓦坯的瓦架从15℃升高到40℃理论上需要2×104kcal的热量，对输出热量为1.2×105kcal/h燃烧器，只需工作10分钟，符合理论计算。
由上分析可推出这种窑的工作原理：刚开始加热时，窑内上部温度上升很快，且上部各测温点间的温差很小，当上部温度达到设定温度时，燃烧器的工作受到控制，开始间隙工作。由于是封闭系统，此时中下部温度快速上升，而上部温度基本不变，最终使整个窑内温度达到设定值，各测温点温差符合要求。在送入瓦架时，周围的湿热空气快速把瓦架及瓦架上瓦坯加热到规定的温度并在该温度、湿度条件下进行养护。
2.4 彩色水泥瓦的养护及其注意事项
根据彩瓦养护工艺的要求和当时当地的气候条件，首先把空窑加热到所需的温度和湿度，这一过程一般需要0.5～3h，然后把装满瓦坯的瓦架送入养护窑内，关上窑门，在养护时间内，保持窑内的温度和湿度，然后按照先进先出的原则，用窑车把瓦架送回生产线脱模，完成一个生产循环。养护过程中应注意以下几点。
a.一定要把空窑加热到需要的温度和湿度，才能依次把瓦架送入窑内，并注意时间间隔，如生产瓦的速度很快，则需几个窑同时工作，否则窑温很难保证，窑内的温度分布极不均匀，窑内上下温差可达18℃(见表2)时对瓦的养护极为不利，大大影响瓦的质量并使瓦的成品率下降(脱模破损率上升)。
表2 满窑加热时各测温点的温度记录。
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测温时间 |
1 |
4 |
7 |
2 |
5 |
8 |
3 |
6 |
9 |
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14:20 |
16 |
15 |
19 |
16 |
16 |
16 |
20 |
19 |
17 |
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14:50 |
33 |
29 |
17 |
26 |
20 |
14 |
35 |
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17 |
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15:20 |
36 |
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18 |
28 |
23 |
20 |
38 |
34 |
18 |
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15:50 |
39 |
35 |
21 |
30 |
25 |
22 |
40 |
37 |
20 |
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15:55 |
42 |
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24 |
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28 |
22 |
42 |
40 |
21 |
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16:20 |
42 |
41 |
26 |
36 |
31 |
24 |
42 |
42 |
24 |
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16:50 |
41 |
41 |
33 |
39 |
34 |
26 |
42 |
42 |
27 |
b.窑内的温度和湿度必须适当，若温度高，湿度低，则瓦在养护过程中容易出现微裂纹，影响瓦的强度，对使用CaCl2提高早期强度的瓦坯，则会造成碱化泛白现象，影响瓦的色泽和色差；温度低，湿度高，则瓦在规定的时间达不到脱模强度，延长了养护时间，影响瓦的生产周期。
c.为保持窑内的温度湿度，在养护期内不要频繁开启窑门。
3 经济成本分析
3.1 设备投资和安装费用
该养护系统需购买的主要设备是燃烧器和送风风机，1.2×105kcal/h的煤气燃烧器约为20 000元，如采用燃油燃烧器，其购买价为12 000元；送风风机约6 000元；其它元器件、材料和人工费约6 000元，总投资35 000元人民币左右。
3.2 运行成本
每窑平均按预热1h，养护4h，一次养护5 000片瓦计算，液化石油气热值为23 500kcal/kg，需消耗30kg液化石油气，液化石油气市场价为2.5元/kg，每片瓦的养护成本为：(6×5×2.5)/5000=0.015元=1.5分，运行成本较低。
4 结论
本文讨论了一种彩色水泥瓦的养护系统，该养护系统投资小，运行成本低，维护简单。生产的彩瓦色差小，质量好，可为一般瓦厂使用。它更适合自动化程度高，生产量大的瓦厂。
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