關于青磚生產工藝的研究
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青磚是古建筑中最主要的建筑材料之一，具有強度高，抗凍耐腐蝕，持久不褪色等特點，同時賦予建筑物素雅沉穩，古樸寧靜的美感。隨著建設中國特色社會主義的完善和發展，我們對人居環境的更高要求，對古建筑修繕保護的更加重視和對傳統建筑風格的傳承發揚更加提倡，仿古建材愈加受到設計師或房地產開發商的青睞，成為建材行業一大亮點。
仿古建材正迎來新的歷史發展機遇，仿古青磚的生產狀況卻讓人憂患，至今絕大多數廠家仍保留小土窯生產的現狀。隨著我國環保形勢日益嚴峻，有關部門出臺了《關于加快燒結磚瓦行業轉型發展的若干意見》，明令關停高排放高污染企業，堅決淘汰落后產能的土窯和輪窯，青磚生產企業面臨嚴峻的考驗，青磚生產工藝需要實現新的技術突破。
青磚生產工藝創新的歷程艱難而曲折，長期以來磚瓦行業工作者們一直在探索和研究且取得一些階段性的成果，早在20世紀50年代《建筑材料技術》雜志上發表過《關于利用隧道窯燒制青磚瓦問題的商榷》文章，20世紀70年代《磚瓦》雜志報道了北京某磚瓦廠發明了連續燒結青磚的工藝，2009年北京某建材公司發明了隧道窯結合鐘罩窯連續生產青磚的新工藝，遺憾的是這些創新成果沒有延續運轉和達到技術推廣的目的，筆者2018年上半年在安徽某廠研發一條生產青磚的隧道窯已順利投產，在此結合自身實踐，對運用現代工藝設備生產仿古青磚進行探討交流。
2、青磚傳統生產工藝分析
在青磚傳統生產工藝中，用黏土制成磚坯，放在窯中焙燒，燒制過程中完全氧化時生成三氧化二鐵呈紅色，俗稱紅磚；然后加水冷卻還原，使黏土中的鐵不完全氧化則呈青色，即青磚。
青磚燒制前期和普通紅磚是一樣的，磚坯氧化燒結后在還原氣氛下三氧化二鐵生成氧化亞鐵，在高溫下氧化亞鐵與二氧化硅生成青色的硅酸亞鐵玻璃相，因為氧化亞鐵極不穩定，在300℃以上容易二次氧化，所以青磚必須在缺氧的狀態下一直冷卻到無法再次氧化的溫度直至出窯。
我們祖先在當時一無電力、二無機械，科學尚不發達的條件下，創造發明了下水飲窯的這個簡單實用工藝。因為水滲入窯內遇高溫產生大量的蒸汽，在窯內形成正壓，窯內正壓隔絕了外界空氣的侵入，確保了磚瓦在缺氧的氣氛中一直冷卻到無法再次氧化的溫度，完成整個返青工作。
在傳統觀念中，下水飲窯似乎有給人一種神秘的感覺，有些人認為青磚返青是在下水飲窯過程中發生的，其實它和還原反應沒有關系，只是起了一個無氧冷卻的作用，這在國外生產青磚不用水而是氮氣得到佐證。
3、青磚現代生產工藝研究
從整個磚瓦生產工藝過程來說，主要有原料制備、坯體成型、濕坯干燥和成品焙燒四部分，原料是根本，成型是基礎，干燥是保證，燒成是關鍵。這四部分是互相依存關系。青磚生產工藝創新突破的瓶頸是燒成，因為青磚獨特的生產工藝中還原燒成和無氧冷卻，在國內現代連續式窯爐同時實現還原燒成和無氧冷卻是一個新的課題。
現代陶瓷磚瓦窯爐主要有梭式窯、輥道窯和隧道窯：梭式窯作為一種間歇窯，具有生產安排靈活，占地面積小，投資少等特點；但是產量有限，生產周期長，能耗高；適宜于一些厚大類，小批量，附加值高的產品。
輥道窯在建筑陶瓷行業中廣泛應用，具有高效節能，自動化度高等特點；因為是快速燒成，原料成型處理要求嚴格，坯體入窯水分和燒成制度比較單一，最近一些廠家采取干法成型的工藝，輥道窯燒制的青瓦在抗凍性方面達不到要求，所以輥道窯適宜于大批量、薄小型、品種單一類制品。
隧道窯在陶瓷磚瓦行業中廣泛應用，除了高效節能、自動化度高等連續窯的特點，同時因為窯車裝載方式可以多層裝載，適用產品范圍較廣，合適的燒成周期，尤其適用于青磚厚重類制品。區別于傳統磚瓦隧道窯，現代隧道窯主要組成：窯體、窯車（窯具）、燃燒系統、排煙系統、冷卻系統、測控系統和附屬設備。現代隧道窯的工作系統特點：
a．不用冷卻帶直接流入燒成帶的窯道風作為助燃空氣，因為使用高速燒嘴，助燃空氣完全進入燒嘴，與燃料混合燃燒后，焰氣噴入窯內，不需要另行供給補充空氣。
b．燒成帶設置多個小功率的燒嘴，在兩側垂直和水平交錯排列，這樣有利于均勻窯溫，調節燒成曲線和氣氛濃度。預熱帶下部兩側設置水平交錯排列的小功率高速燒嘴和調溫攪拌風嘴，以利于均勻預熱帶截面溫度和調節升溫曲線。
c．排煙孔比較集中小分散式布置在窯頭，有利于充分利用煙氣熱量。
d．冷卻帶一般都分為三段；急冷段、緩冷段及低溫冷卻帶。多采用直接冷卻方式，從兩側垂直和水平交錯布置冷卻風噴口，噴入高帶冷卻風，造成強烈的橫向氣流循環均勻冷卻制品。熱風側由窯頂分散抽出。因此冷卻以橫向循環氣流為主。縱向氣流較少。
無論設計或操作隧道窯，窯爐工作者要充分了解制品的燒成工藝過程及要求，并根據這個過程和要求制訂合理的燒成制度，以確保滿足燒成工藝的要求。
根據青磚傳統生產工藝特點，整個燒成工藝的關鍵環節是還原燒成和無氧冷卻，這也是隧道窯燒制青磚需要解決的問題所在。
眾所周知還原燒成，南方地區很多日用陶瓷隧道窯采用的就是還原焰燒成，青磚的還原反應機理與日用陶瓷是一樣的，即還原性氣體與三氧化二鐵反應生成氧化亞鐵。日用陶瓷還原燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。
溫度制度：在各階段應有一定的升（降）溫速率，防止制品內部溫度分布不均勻，其膨脹和收縮程度不同，產生應力導致制品變形或開裂；在適宜的溫度下應有一定的保溫時間，以使制品內外溫度趨于一致，皆達到燒成溫度，保證整個制品內外燒結。
氣氛制度：指窯內含游離氧或一氧化碳和氫氣的情況，在氧化和還原階段應保持一定的氣氛濃度，以保證制品中的物理一化學過程的進行。全窯應有一個合理的壓力制度，以確保溫度制度和氣氛制度的實現。
影響還原燒成主要因素一是燃燒器性能和燃燒狀況；二是壓力制度是否合理，窯道內預熱升溫區、燒成還原區、冷卻區，任何一個區段的壓力變化都會引起其他區段的壓力變化，各區段窯壓平衡和穩定是控制還原氣氛的關鍵所在，窯內壓力的變化都會使氣氛發生波動，同時導致溫度也不穩定。
根據筆者研發青磚隧道的實踐，青磚的還原燒成的效果主要與還原溫度、氣氛濃度及還原時間有關，在一定的溫度下氣氛濃度越高，還原時間越長，還原效果越好即產品色澤越青，甚至呈青黑色。
無氧冷卻在陶瓷磚瓦隧道窯中還是一個新的課題，國外先進的青磚隧道窯有采用氮氣直接噴入冷卻帶對產品直接降溫實現無氧冷卻，可是制氮及附屬設備的投入費用和后期生產成本都比較高。因此，這種工藝不太為一些磚瓦企業所能承受。
如何在隧道窯中實現無氧冷卻，筆者借鑒磚瓦隧道窯中余熱利用的技術，在研發的青磚隧道窯中采用余熱鍋爐換熱間接冷卻和蒸汽再循環系統，生產實踐取得比較理想的效果。
余熱鍋爐換熱的主要特點：
a．鍋爐水管外側與窯內制品輻射換熱，產品溫度與水管之間的溫差很大，因此傳熱很快，鋼質水管的熱阻又很小，鍋爐水管內側與水的換熱則是沸騰換熱，換熱系數比較一般空氣換熱系數大幾十倍甚至上百倍，所以總的傳熱系數很大，換熱效率很高。
b．因為是間接冷卻，冷卻帶壓力制度平衡，對燒成還原區的溫度和氣氛干擾很小。
c．余熱鍋爐產生的高壓蒸汽，再次打入窯內起到平衡窯內壓力的作用。
筆者研發的青磚隧道窯，產品還原燒成后約1000℃，通過余熱鍋爐換熱間接冷卻，產品降至約500℃，再使用余熱鍋爐產生的蒸汽維持窯內壓力，直至出窯溫度約180℃。
磚瓦生產工藝過程中原料是根本，近年來隨著一系列政策的出臺和環保執法力度的趨嚴，磚瓦原材料成為磚瓦企業生存和發展的一大制約，青磚長期以來采用黏土做原料，大量浪費土壤資源、破壞生態環境，現在政府已經明令禁止使用黏土制作磚瓦，黏土制作磚瓦將成為歷史，磚瓦企業原材料改革勢在必行，對于那些曾經習慣使用黏土原料的磚瓦生產廠家來說，原料的更改會帶來一些新的技術問題，因為原料的礦物組成和物理性能決定著磚瓦制品的原料制備、干燥、燒成的工藝要求，這也是青磚生產廠家予以重視的問題。
4、結論
根據上文所述，青磚生產工藝創新之路一個不斷探索和突破的歷程，在無數磚瓦行業工作者的努力下取得一系列突破性的成果。青磚即是傳統建筑文化的標識，也是地方性的仿古建筑材料，生產工藝受到很多地域性因素的制約，青磚現代生產工藝在研制和推廣中仍有一些差異化的技術問題有待我們去探討和突破。
在我國磚瓦行業進入轉型發展時期和傳統建筑文化正在復蘇的浪潮中，青磚行業面臨考驗和機遇，磚瓦行業工作者們既要抓住機遇，又要迎接挑戰，加快對青磚生產工藝的研究，融合現代工藝設備的設計理念和技術手段，研制出符合我國國情、科學先進的青磚生產工藝，實現傳統技藝的傳承，推動青磚行業的可持續性發展。
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