第二章 工业炉窑地分类及其特点

第二章、工业窑炉的分类＊按使用燃料分：煤窑、油窑、气烧窑（煤气、天然气、液化石油气为原料）、电窑;＊按窑内火焰流动方向分：升焰窑（火焰由下向上）、平焰窑（火焰水平流动）、半倒焰窑（火焰先上升后倾斜向下）、倒焰窑（火焰由上向下）；＊按火焰是否进入窑内分：明焰窑（在窑内）、隔焰窑（不在窑内，而在隔焰道内流动）、半隔焰窑（部分入窑、部分在隔焰道内）;＊按形状分：圆窑、方窑、隧道窑。

＊按烧成过程连续与否分：间歇窑（装、烧、冷、出操作周而复始，生产是间歇分批进行）、连续式窑（窑分若干段装、烧、冷、出操作在各固定段同时进行，各段热工制度稳定，生产连续进行）、半连续窑（窑分若干段，装、烧、冷、出操作在各固定段分别进行，具有连续的性质，但各段热工制度都随时间而变化，具有间歇窑的性质）；＊按装烧方式分：裸装（火焰与坯体直接接触烧成）、铂装（坯体放在匣钵内，不直接与焰气接触烧成）、棚板装（坯体码放在棚板上，入窑烧成）。

二、工业炉窑地特点：在烧制陶耐产品时，同一种制品可在不同类型的窑内烧成，反之，同一种窑也可焙烧不同的制品。

所以在选择炉窑时，应充分了解各种炉窑的特点，现在我们按烧成过程是否连续来考察一下间歇式和连续式炉窑。

（1）间歇式炉窑①定义：间歇式窑是指陶耐制品的装窑、烧成、冷却、出窑、卸瓷等操作工序是依次间歇地、周而复始地完成的窑炉，应用较多的是倒焰窑和梭式窑。

②特点：*设备建造费用低、投产快＊生产过程是间歇的，分批进行，一个烧成周期由装窑、烧窑、冷窑和出窑四个过程组成＊可根据每窑制品的特点灵活的改变热工制度，适应大件或小批量、试验产品的烧成，特别是修补后瓷件的复烧；＊窑内热工制度和烧成操作都是按一定规律随时间而进行周期性变化，不是恒定的；＊窑体处于不稳定温度场，散热和蓄热随时间变化；＊排烟温度变化大，烧成初期温度低，烧成后其温度高；＊与连续式窑相比，单位容积产量低；＊间歇式窑断面较大，窑内温差也较大，对制品的质量有影响；＊预热的利用率低，热损失大，热效率低，导致单位制品的燃耗大。

2、连续式炉窑①定义：指陶耐制品的装窑、烧窑、冷窑、出窑操作工序是连续不断进行的窑炉，隧道窑具有代表性，也应用最广。

②特点：＊建造时所需材料和设备多，一次性投资大；＊生产过程是连续进行的；＊运用的灵活性较小，只适用于大量生产同一类型的产品；＊窑内的热工制度及烧成操作是恒定的，不随时间变化；＊窑体处于稳定的温度场，不经受周期性的反复冷热变化，所以使用寿命长；＊有利于实现生产机械化与自动化，装窑、出窑的操作较方便；＊有利于余热的利用，热效率高，单位产品的能耗低；＊窑内断面的温差较小，产量大，质量高＊设备维修和管理工作量大。

（3）现代炉窑的评价标准及发展趋势①评价标准：＊满足制品烧成要求，能够烧出高质量的产品：生产调节灵活性大，能适应市场对品种、数量变化的需求；＊烧成速度快，能耗低，产量高，炉龄长，经济效益好＊自动化水平高，劳动强度低，需要人员少；＊对环境污染小。

②发展趋势＊使用清洁燃料，以实现明焰裸装烧成；＊单层码放，以便于构成连续生产线；＊使用多个高速调温烧嘴，精确控制温度曲线；＊低温快速烧成；＊高度小，宽断面，扁口；＊模块装配式窑体结构；＊广泛应用计算机控制。

一、隧道窑分类1.按烧成温度分：＊低温隧道窑(1000～1350℃)＊中温隧道窑（1350～1550℃）＊高温隧道窑（1550～1750℃）＊超高温隧道窑（1750～1950℃）2.按烧成品种分：耐火材料隧道窑，陶瓷隧道窑，红砖隧道窑；3.按热源分：火焰隧道窑，电热隧道窑；4.按火焰是否进入隧道分：明焰隧道窑、隔焰隧道窑、半隔焰隧道窑；5.按窑内运输设备分：车式隧道窑、推板隧道窑、辊底隧道窑、输送带隧道窑、步进式隧道窑、气垫式隧道窑；6.按通道分：单通道隧道窑，多通道隧道窑。

二、隧道窑工作系统：隧道窑的工作系统又叫工作流程，是指窑内气体的输送系统，即气体流向及其有关设备。

隧道窑是由于其窑体像火车穿过的隧道而得名的，现代隧道窑一般烧净化的气体燃料，采用明焰裸烧，窑车在窑内轨道上由推车机向前推动，窑车上装有制品，在隧道内迎着气流向前移动不论隧道窑的结构多复杂，一般可划分为三个带：预热带、烧成带和冷却带。

坯体入窑后，先进入预热带预热，然后进入烧成带，坯体被加热到一定的温度而烧成；燃料在烧成带燃烧，形成高温区，燃烧后的烟气流向预热带，经排烟口、支烟道、主烟道经烟囱排出窑外；烧成后的制品再进入冷却带，被鼓入的冷风冷却后出窑，而冷空气被加热后可作坯体干燥或气幕。

三、隧道窑工作过程：将净化煤气，天然气或液化石油气自燃料管喷入，烧成带成为正压。

烟气流入预热带后用排烟风机抽走。

预热带的窑头设一道封闭气幕，同时还有搅拌气幕，使窑内上下温差减小。

冷却带有急冷气幕、窑尾送风设备，冷却带股入的冷风与抽走的热风大致平衡，没有冷风流入烧成带，有利于提高烧成温度。

急冷风又可以组织烧成的烟气倒流，防止产品被烟熏，冷却带在微正压下操作，预热带是负压操作。

四、隧道窑系统特点：＊采用净化燃料，主要是气体燃料明焰裸装烧成，减少匣钵及垫板的使用，传热快，热损失小；＊在烧成带两侧水平交错布置多个小功率高速烧嘴，有利于强化窑内传热，使窑温均匀，调整烧成曲线容易；＊在预热带下部两侧水平交错布置多个小功率高速烧嘴，有利于降低预热带上、下温差，调整预热曲线；＊连续进车，一般不设窑门，而在窑头设一道或两道封闭气幕，阻止窑内的热气流流出；＊在预热带前部设若干个排烟口，用热烟气的热量预热入窑的坯体后排出窑外，进行了余热利用＊在冷却带多采用直接冷却（冷风直接入窑），也有直接冷却与间接冷却相结合。

五、隧道窑气氛制度：它是在烧成过程中，为了使坯体发生预定的物理化学反应而对周围气体介质的氧化还原性质所做的规定，气体介质的性质是由燃烧产物中游离氧和还原成分的含量来决定。

＊强氧化气氛特征：O2含量8～10%(体积)，燃烧完全；＊一般氧化气氛特征：O2含量4～5%(体积)，燃烧完全；＊还原气氛特征：CO含量2～7%（体积），过剩氧<1%;＊中性气氛特征：O2含量1～1.5%（体积），基本燃烧完全。

六、隧道窑压力制度：由于窑炉的结构和使用燃料不同，各个采取的压力制度也不同。

＊当采用氧化焰烧成时，以重油或可燃气体作燃料时，压力控制一般为：预热带为负压，室温～300℃，-4～-5mmH2O柱；烧成带为微正压或微负压，950℃最高烧成温度，-1～0mmH2O柱；高火保温段，0～1mmH2O 柱；冷却带为正压，1～3mmH2O柱。

＊当采用还原焰烧成，以重油或可燃气体做燃料时，压力控制一般为：预热带为负压，-3mmH2O柱以下；烧成带为正压，2～3mmH2O柱；冷却带为正压，0～2mmH2O柱。

七、隧道窑结构：1.窑车式隧道窑结构：窑车式隧道窑是由前后彼此连接，上面铺有耐火材料的窑车，沿窑底轨道借推车机推移前进，构成可动窑底。

坯体或装有坯体的匣钵被码放在窑车前面上，随窑车一起向前移动，经过预热、烧成、冷却后出窑。

窑车前面上的通道成为工作通道，窑车台面下的通道称为车下通道。

在窑车的两侧有砂封裙板，窑体相应的部位设有装砂子的砂封槽，窑车在向前运行时，砂封裙板插入砂封槽的砂子内，阻止工作通道与车下通道的气体流通渗漏。

①窑体：由窑墙、窑顶、膨胀缝、砂封及曲折密封组成，形状像隧道。

＊以新型耐火隔热材料砌筑的薄窑墙，一般800℃以下用轻质粘土砖，1000℃以下用轻质高铝砖，1000℃以上用轻质莫来石砖。

窑顶要由重质耐火砖砌筑，蓄热大、空间大易造成气流分层现象。

窑顶分平顶和拱顶两种：传统窑炉以拱顶为主，现代窑炉以平顶为主，平顶的无用空间小，有利于减少窑内气体分层，无横推力的特点；拱顶具有结构严密，节省钢材、投资少等优点。

③窑具：指窑车上装载制品时的辅助工具，主要包括：棚板、立柱、垫具等材料。

＊垫具的作用是主要保证坯体的平稳及特殊受力结构点的支撑，防止坯体开裂变形和粘底。

＊现代隧道窑发展趋势：窑具轻量化、蓄热少。

＊窑具与制品的质量比是衡量窑具是否先进的一个重要指标。

4、烧嘴高速喷嘴在烧成带窑墙两侧错开布置，上下两排烧嘴在水平方向错开，出口焰气速度一般为70～100m/s，喷入窑后可带动窑内气体在断面上旋回前进，使隧道窑温差大大减少，窑内气氛均匀。

使用高速烧嘴强化了对流传热。

一般隧道窑从900～950℃开始到最高烧成温度处布置烧嘴。

＊按烟气喷出速度可分为：低速烧嘴<30m/s；中速烧嘴30～70m/s；高速烧嘴70～100m/s，最高300m/s,一般在预热带安装高速调温烧嘴，此时在燃烧室进口要引入低温烟气或空气等调温气体，使烟气温度与窑内温度接近，便于控制温度曲线，强化对流传热，降低窑内上下温差，使气氛均匀。

5冷却系统：＊由于自然冷却速度太慢，采用强制冷却，将冷风直接鼓入窑内，与制品进行热交换，被加热的冷风进行余热利用。

＊一般在最高温度～700℃鼓入冷风，同时在冷却带末端也鼓入冷风，使制品进一步冷却出窑，鼓入的风量应与抽出的风量达到平衡，不使冷空气进入烧成带。

⑥排烟系统：包括设置在预热带窑墙两侧的排烟口、支烟道、总烟道、排烟风机和烟囱。

＊分布排烟口的长度约占预热带全长70%。

＊排烟口设置在靠窑车台面处，迫使烟气向下流动，以此来减少气体的分层现象，进而缩小预热带的上、下温差。

＊烟囱至少要高于周围100m范围内的最高屋顶3m。

（2）辊道式隧道窑：利用辊子作为运输工具，制品放在垫板上或直接放在辊子上，利用辊子的转动，使制品前进。

＊目前辊道窑的长度可达120m，内宽2-3m，窑体分节按模数设计，一般长度为2.2m左右一个模数段，模数段长度是辊子间距的整数倍。

＊辊子材质分两种，一种是合金钢，一种是非金属耐火材料，低温区一般用耐热合金钢，高温区一般用莫来石等材料。

六）隧道窑工作原理：隧道窑工作原理主要包括三部分：燃料燃烧，气体力学和传热，仅讨论后二者。

1、气体流动：由伯努利方程可知，影响窑内气体流动因素有几何压头、静压头、动压头和阻力损失压头，现在讨论各种压头对窑内气流的影响。

①几何压头：hg=H(ρa-ρ )g式中，hg为几何压头，Pa；H为窑内高度（窑车台面以上），m；ρa为外界空气密度，kg/m3; ρ为窑内热气体的密度。

在窑内，由于冷热气体密度不同，所以窑内一定存在几何压头。

气体温度越高，几何压头就越大，向上流动趋势就越大②静压头：hs=P-Pa式中，hs为静压头，P为窑内绝对压强，pa；Pa为窑外绝对压强。

静压头方向是气流由压强高流向压强低，向窑内鼓入为正压，向窑外抽风为负压，这样必存在一个零压面。

一般情况下，在烧成带，由于燃料的喷入，呈微正压；预热带由排烟风机抽走烟气呈负压；冷却带冷风气鼓入呈正压③动压头：hk=ρω2/2式中，hk为动压头，Pa；ω为窑内气体流速，m/s；ρ为窑内气体密度。