隧道窑113

陶瓷工业窑炉（1）连续式窑炉2主要内容1隧道窑的定义和分类（了解）2隧道窑的工作原理（理解）3隧道窑的热工制度（重点掌握）4隧道窑的构造（了解）陶瓷建材耐火材料窑具材料新型无机非金属材料-结构陶瓷陶瓷护甲Al2O3陶瓷刀具ZrO2陶瓷轴承Si3N4新型无机非金属材料-生物陶瓷人造髋关节Al2O3假牙ZrO2陶瓷人造心脏瓣膜•陶瓷：配料----成型----烧成热工过程连续式（陶瓷）窑炉预热带烧成带冷却带热工过程间歇式（陶瓷）窑炉返回陶瓷窑炉隧道窑陶瓷窑炉辊道窑倒焰窑陶瓷窑炉陶瓷窑炉梭式窑1.隧道窑的定义与分类•隧道窑是由耐火材料、保温材料和建筑材料砌筑而成的在内装有窑车等运载工具的与隧道相似的窑炉。•隧道窑工作时，运载工具(窑车)上装载有待烧的制品，随运载工具从隧道窑的一端(窑头)进入，在窑内完成制品的烧制以后，从隧道窑的另一端(窑尾)随运载工具(窑车等)输出，而后卸下烧制好的产品，卸空的运载工具(窑车)返回窑头继续装载新的坯体后再入窑内煅烧。（用于大规模的生产卫生洁具制品和较大的坯件）1.1隧道窑的定义广东潮州麦氏洋行（潮安）陶艺有限公司48m轻型还原焰隧道窑河北华玉股份有限公司78m日用瓷宽断面明焰隧道窑隧道窑有各种不同的分类方法，大致归纳为：1．按照烧成温度的高低可分为：（1）低温隧道窑(1000~1350℃)；（2）中温隧道窑(1350~1550℃)；（3）高温隧道窑(1550~1750℃)；（4）超高温隧道窑(1750~1950℃)。1.2隧道窑的分类2．按照烧成品种可分为：（1）耐火材料隧道窑；（2）陶瓷隧道窑；（3）红砖隧道窑。3．按热源可分为：（1）火焰隧道窑；（2）电热隧道窑。4．按火焰是否进入隧道可分为：（1）明焰隧道窑；（2）隔焰隧道窑；（3）半隔焰隧道窑。1.2隧道窑的分类5．按窑内运输设备可分为：（1）车式隧道窑；（2）推板隧道窑；（3）辊底隧道窑；（4）输送带隧道窑；（5）步进式隧道窑；（6）气垫式隧道窑。6．按通道多少可分为：（1）单通道隧道窑；（2）多通道隧道窑1.2隧道窑的分类（1）连续性生产，产量大；（2）工作制度稳定，成品率较高；（3）结构复杂，占地面积大，投资大；（4）能耗低，制品烧成周期短，总成本低；（5）产品适应性差。1.3隧道窑的特点2.1粘土质陶瓷的烧成过程发生的物理化学变化：9阶段•1）20～200℃，排除残余水。入窑水分要求：＜1%，快烧＜0.5%；升温速度：20～35℃/h2）200～500℃，排除结构水。指粘土矿物中的结晶水和层间水，安全阶段，可快烧，40～50℃/hr•3）500～700℃，石英晶型转化。573℃时由β－SiO2转变成α－SiO2，体积膨胀，易变形开裂，升温应慢，升温速度：20～30℃/hr。•4）700～1050℃，氧化阶段。进行氧化反应和分解反应。硫化铁、有机物氧化，碳酸盐、硫酸盐、氢氧化铁分解，放出SO2和CO2及水蒸气等气体，应在釉面封闭以前氧清氧透，保证良好的氧化气氛和充分的氧化时间，减少窑内温差，适当进行中火保温，否则易出现质量缺陷，如黑点、青边，发黄、起泡等。气氛要求：O2＝4～5%，CO＜1%2.隧道窑的工作原理•5）1050～1200℃，还原阶段。使氧化铁还原为氧化亚铁，褐黄变为青色，改善制品色泽，达到白里泛青，即“白如玉”的效果。要求：升温慢，使气体充分排除，减少坯泡；保证气氛，避免重新氧化，CO＝2～4%；保证时间，以利于还原反应进行彻底。•6）1200℃～烧成温度，烧结阶段。坯体中出现玻璃相，气、固、液相扩散而达致密化，该传质过程与坯体的厚度平方成反比，故烧成时间与坯体厚度平方成正比。应据此确定高火保温时间（1～2小时），进行高火保温。要求：升温速度10～30℃/hr，CO＝1%，•7）烧成温度～700℃，急冷阶段。产品处于热塑性阶段，可直接吹冷风急冷，冷却速度达120℃/hr•8）700～400℃，缓冷阶段。石英晶型转化，体积收缩，而液相刚凝结，较脆弱，易惊釉、开裂，降温速度：＜80～90℃/hr。•9）400～80℃，快冷阶段。此时制品强度大，可直接鼓冷风快速冷却。烧成(工艺)过程1.20～200℃阶段：排除残余水分2.200～500℃阶段：排除结构水3.500～600℃阶段：石英晶型转变4.600～1050℃阶段：氧化阶段5.1050～1200℃阶段：还原阶段6.1200～1300℃阶段：烧结阶段7.1300～700℃阶段：急冷段8.700～400℃阶段：缓冷段9.400～80℃阶段：急冷段预热(20-900℃)烧成(900-1300℃)冷却(1300-80℃)2.2隧道窑的分带三带：预热带、烧成带、冷却带以温度为界以窑体长度分预热带占窑总长的30－45%烧成带占窑总长的10－33%冷却带占窑总长的38－46%预热带的温度范围：室温～900℃烧成带的温度范围：900～最高温度冷却带的温度范围：最高温度～制品出窑温度推进窑车气流推出窑车预热带烧成带冷却带送冷空气抽出热风送煤气送一次空气烟气抽出二次空气图1-1隧道窑工作原理图2.3隧道窑的工作原理图窑内气体运动窑内传热气流对流辐射辐射对流对流温度制度、压力制度、烧成气氛图1-183.隧道窑的热工制度1.温度制度：1)各阶段应有一定的升、降温速度2)在适宜的温度下应有一定的保温时间，使温度趋于一致。预热带的温度控制目的：保证所焙烧的制品按照升温曲线的要求均匀地加热升温。温度检测：窑头、预热带中部(约500℃)、预热带末端(900℃)；控制手段：调节排烟总闸板、各支排烟道闸板以及各种气幕烧成带的温度控制：主要控制实际燃烧温度和最高温度点温度。火焰温度应高于制品烧成温度50—-100℃。火焰温度的控制是调节单位时间内燃料的消耗量和助燃空气的配比。单位时间内燃烧的燃料量多而空气配比又恰当，则火焰温度高。燃料燃烧后喷出的烟气有扰动作用(尤其是使用高速调温烧嘴时)，所以烧成带内的温度分布是较为均匀的，即断面上的上、下温度差不大。冷却带的温度控制•在700℃以前可以急冷，依靠急冷阻挡气幕喷入的冷空气将产品急冷。而对于一些裸烧的大件产品，为了避免冷风喷人不均匀而会引起产品的炸裂问题，可考虑抽出200℃以下的热空气作为急冷气幕。•自700~400℃为缓冷阶段，这一冷却段由于有晶型转变，要掌握合适的冷却速度，•400℃以后可以快速冷却至80℃左右出窑。在窑尾可以直接鼓入冷风。预热带温差产生的原因及消除措施：⑶窑车蓄热⑷砖垛码放不合理原因：⑴偏流现象：窑内热气流在上部流动，流速大于底部流速⑵负压造成冷热气体分层：负压导致冷空气从窑体不严密处漏入窑内，并向下流动消除预热带温差的措施：⑴窑底均压平衡（窑车上下压力平衡，避免冷热气体分层----主要措施）措施：①分段抽鼓风，②多挡板图1-19⑵加强密封（砂封、曲封、取消窑底检查廊）⑶设置窑顶气幕：一定压力的气体由气幕砖的喷射通道，与窑内气流成一角度喷出，在顶部形成一道道气幕。图1-20①耐热风机把预热带的热气体由窑顶小孔抽出，通过窑顶、窑墙通道送入窑内；②喷射器将窑内砖垛下部的气体引射到窑内上部，形成窑内上下气流循环。⑷窑内横向循环图1-2175⑸增热循环：排烟孔抽出的烟气与增热炉出来的烟气混合后，从窑顶重新送入窑内各砖垛间，使烟气上下循环，可以加快对流换热，降低上下温差。⑹辅助烧嘴（预热带安装高速烧嘴，耐火材料窑炉很少用）⑻改进窑的结构（低、宽、短方向发展）⑺采用低蓄热窑车窑车蓄热占总热耗的30%以上。采用轻质材料砌筑窑车衬砖，并改进窑炉的结构。图1-23图1-23图1-182.压力制度（压力曲线）沿隧道窑长度方向压力（静压）分布的规律。压力制度是为了保证温度制度和气氛制度的实现。理想的状况为窑内零压左右。隧道窑内压力分布特点：预热带负压；冷却带正压烧成带微正压；预热带靠近烧成带“零压”压力的检测与控制:一般采用膜盒压力表或微差压变送器检测压力，组成单回路控制系统，改变排烟机的转速以改变排烟量，从而保证零压面的位置。窑内压力制度的变化因素：推车间隔时间的改变、装窑密度的改变、各种气流的流量、压强的变化等，使零压位改变压力制度的调节A.预热带负压和冷却带正压绝对值大小的调节：低压操作B.零压位的调节：零压位的位置，通过调节烟道闸板来控制3.烧成气氛α=Vα/V0氧化气氛—空气过剩系数α1，火焰短，冲击力强，温度高。中性气氛—空气过剩系数α=1，火焰温度高，但难控制。还原气氛—空气过剩系数α1，火焰温度低，长且柔和。烧成气氛由所烧制品的种类决定。多数制品采用弱氧化或弱还原性气氛。气氛的控制一般采用气体分析仪进行气体成分分析，控制回路一般为单回路控制系统，控制对象一般为烧嘴助燃风量的大小。•断面尺寸与长度•窑顶结构•窑墙结构•隧道窑预热带结构•隧道窑烧成带结构•隧道窑冷却带结构•隧道窑窑体与窑车密封结构规格：长×内宽×有效高度有效高度：从车台平面至拱顶内衬的最大高度图1-5图1-5半椭圆型拱顶H车台平面4.隧道窑的结构1、断面尺寸与长度长度L=预热带长度L1+烧成带长度L2+冷却带长度L3窑的长度主要取决于制品的烧成制度及产量大小。此外，应考虑投资、燃耗、窑的热工特性等。1.预热带长度应根据排出废气温度来确定，废气离开排烟机温度应低于250℃；2.烧成带长度根据保温时间来确定3.冷却带长度根据出窑制品的温度来确定，一般应低于100℃★窑的各带长度确定的一般原则：高度——砖坯在烧成过程中的特性（制品的烧成温度与荷软温度。如：镁砖，1m左右，硅砖，1.5~1.9m）、允许的上下温差。跨度——产量、燃烧方式、燃烧器的类型跨度大，产量大；顶烧式、底烧式跨度可以较大；使用高速烧嘴跨度可以较大★隧道窑的高度与跨度2.窑顶结构要求：材质应长期承受高温作用（特别是烧成带）、重量轻、保温性好，其结构严密，不漏气，并有利于窑内气流的合理分布。结构形式：拱顶、平吊顶、吊拱2-1.拱顶：顶拱的中心角一般60°～90°。太大、太小都不利上拉杆立柱拱角梁拱角砖下拉杆图1-3拱顶自重产生的横向推力F：22KctgQF图1-4拱顶自重横向推力分析K—温度应力系数Q——拱顶荷重，N/cmα—拱的中心角与一般共拱顶相比的特点：横推力小，拱下空间小，便于气流合理分布。图1-5半椭圆型拱顶H车台平面“双心拱”与“三心拱”顶结构2-2.平吊顶优点：窑顶不易下沉，砖垛与窑顶间的空隙小，有利于气流的合理分布。便于码砖。缺点：钢材用量大；气密性差。窑顶砖吊挂机构钢梁图1-62-3.吊拱顶：图1-72-4.双层拱顶：图1-83.窑墙结构要求：耐高温、有一定的强度，保温性能好。耐火材料+保温材料组成。材质组成与厚度：用正交法，通过传热计算来确定，并取经济厚度。经济厚度：年均费用（保温层投资费+保温层砌筑费+散热损失费）最低的厚度。1—年均总费用（1=2+3+4）；2—窑墙散热年均损失费用；3—年均消费的保温层投资费用；4—保温层砌筑维修年均费用图1-94.各带的结构4-1.预热带：排烟装置；气幕装置4-2.烧成带：燃烧室；燃料、一次空气输送装置4-3.冷却带：抽热风装置、送冷却风装置4-1-1.预热带排烟装置：两侧墙靠近车台平面处设有排烟孔。排烟孔的多少、数量由隧道窑的类型决定。图1-1排烟方式：地下烟道排烟：图1-10金属烟道排烟：图1-11窑墙内烟道排烟(窑顶排烟）：图1-12图1-10★地下烟道排烟：所有烟道均埋设于底下，钢材用量少，窑体美观；土方工程大，不适用于地下水位较高的地区。图1-11金属烟道排烟★窑墙金属烟道排烟：钢材用量大，窑墙结构简单图1-12窑墙内烟道排烟★窑墙内烟道排烟（窑顶排烟）：窑墙结构复杂。工作条件：高温、气流冲刷、承受窑墙重量。结构：拱顶或双层拱顶，气密性好材质：耐高温、高强度、抗热震，荷软温度高多数窑炉的损毁主要是燃烧室的损毁。目前，一些隧道窑，特别是高温窑炉取消了侧墙燃烧室，将烧嘴直接插入窑内，火焰直接在砖垛间隙燃烧。4-2-1.烧成带侧墙燃烧室概念：一次空气：通过烧嘴直接进入燃烧室（或直接进入窑内空间）与燃料混合燃烧的空气。它可以