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热工设备——窑炉•定义：对物料进行高温处理，使物料符合人们使用要求的设备•作用：•原料是基础，工艺是前提，烧成是关键。•是硅酸盐工厂的心脏。•硅酸盐工业的发展均受窑炉发展的制约•一、窑炉的发展历史•陶器穴窑→升焰窑•瓷器：馒头窑（葫芦窑）、景德镇窑→倒焰窑、梭式窑、钟罩窑•龙窑、阶级窑→隧道窑、推板窑、辊道窑二、窑炉的分类工作连续性：间歇式、连续式窑热源（燃料）：电窑，油、煤、气烧窑制品输送方式：隧道（窑车）、辊道、推板、输送带隧道窑用途：素烧、釉烧、烤花、熔块窑形状：三、窑炉的基本要求•保证物化过程的进行，•能按工艺要求进行控制；•燃料能充分燃烧•传热效率高，热利用率高；四、窑炉发展方向•决定因素：燃料、筑炉材料、控制水平、能耗•发展方向：煤气化，轻型化，自动化，宽体化。1、烧成质量：2、生产能力：3、自动化水平：自动操作、自动控制4、使用寿命：5、投资：单位生产能力6、单位能耗：余热回收7、环保：梭式窑返回钟罩窑•采取窑罩升降式，密封性能特别好，可在窑罩下方出装产品而不受震动。窑内旋转气流，采取车下排烟方式，窑内温度非常均匀。返回电热推板窑WDSJ-0.5/1000型电热升降窑第四章隧道窑•1、定义：采用轨道窑车输送制品的连续式窑炉•2、分类•3、隧道窑的特点：•1）利用烟气余热预热坯体，废气排出温度低，约200℃；•2）产品冷却之热加热空气，可助燃或作干燥介质，•产品出窑温度低；•3）连续窑，窑体温度不变，不蓄热，热耗低。分类根据窑名特点按热源分1.火焰隧道窑2.电热隧道窑以煤、油或煤气为燃料利用电热元件加热按火焰是否进入隧道分1.明焰隧道窑2.隔焰隧道窑3.半隔焰隧道窑火焰直接进入隧道火焰在马弗道内通过固体辐射传热隔焰马弗板开有小孔，部分火焰入窑按窑内运输设备分1.窑车隧道窑2.推板隧道窑3.辊道窑4.输送带隧道窑5.步进隧道窑6.气垫隧道窑按通道多少分1.单孔隧道窑2.多孔隧道窑推板隧道窑第一节合理的烧成制度•一、烧成过程•1、定义：物料经高温处理发生性能变化的过程••广义••狭义指烧制•2．在陶瓷生产工艺过程中的地位：•特殊、重要•①对产品性能起着最后的决定性作用。•②过程复杂，技术要求高，较难掌握。•③烧成设备投资及运转费用大，所占经济成本高，烧成•废品损失大。复杂的综合过程：⑴物料的物理化学变化过程⑵物料的运动过程⑶气体流动⑷燃料燃烧⑸传热熔制：液态煅烧：散料烧制：成型制品3、粘土质陶瓷的烧成过程：9个阶段•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%•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。只要窑内温度均匀，烧成的各阶段均可快，但应注意坯体的强度极限，制品内部因温差产生的热应力不能超过应力极限，以免引起变形或开裂。同时，氧化、还原和烧结还必须按反应所需时间控制。二、烧成制度的确定原则•1、烧成制度：为实现烧成过程而制定的温度、气氛、•压力等热工参数变化曲线•2、内容：温度制度，气氛制度、压力制度。3、确定原则：到同类企业调查、收集数据，或根据中试试验取得数据.1）各阶段有一定的升（降）温速率，不得超过；2）有合理的保温时间；3）保持一定的气氛制度；4）有合理的压力制度。第二节砌窑用耐火材料•一、窑用耐火材料的性能指标•1、耐火度:高温下抗熔化的性能•2、荷重软化温度:受压时抗变形的性能•3、热稳定性:抗急冷急热性能•4、抗化学腐蚀性•5、高温体积稳定性•6、导热系数•注：耐火材料的使用温度，一般低于其耐火度，与该耐火材料的烧成温度相当，且约等于其耐火度减去200℃。二、砌窑用耐火材料•1、粘土砖使用温度1300℃以下Al2O346%•2、高铝砖使用温度1300～1400℃46%•3、硅砖使用温度1400～1500℃•4、镁质砖使用温度1500～1600℃•5、刚玉砖使用温度1600～1800℃Al2O3=99%••形状：普通砖•异型砖三、不定型耐火材料•耐火混凝土，•耐火泥，•耐火喷涂料，•耐火浇注料与捣打料四、砌窑用隔热材料：λ0.14W/m·℃。•1、轻质粘土砖•2、轻质高铝砖•3、高铝聚轻球砖•4、陶瓷纤维材料隔热材料•YK系列轻质隔热砖采用ASTM标准。•AB系列氧化铝空心球砖是由氧化铝空心球，氧化铝微粉添加复合结合剂，经振动成型，高温烧成得制品。用于1650℃以下工业窑炉炉衬材料。硅酸铝耐火纤维硅酸铝陶瓷纤维•纤维棉•纤维绳•纤维板•纤维毯毡•折叠块•成型件硅酸铝耐火纤维性能指标第三节工作系统及结构•一、工作系统：•窑炉中具有某一功能和作用的管路、设备及结构的总和•排烟系统，搅动系统，冷却系统•1、工作系统图：反映窑炉工作系统的示意图•①最简单的工作系统•特点：结构简单，全窑在负压下工作，温差大，烧成带温度不稳定，气氛•不稳定，产品质量较差。•②典型的工作系统•优点：烧成带微正压，无冷风漏入，温度高，气氛稳定，预热带负压小，•漏气量较小，温差较小，气氛气幕、急冷气幕保证气氛实现。•缺点：烧成带正压，车下温度高，热损失大，且要经常换润滑油，可设•车下压力平衡设施。隔焰隧道窑工作系统图•2、隧道窑的主要尺寸•长度15－120m•内宽1－3m•内高0.8－2m•3、隧道窑组成：四个部分•①窑体–窑墙、窑顶、窑车衬砖•②窑内输送设备–窑车、推车机•③燃烧设备–燃烧室、烧咀、管道（油、气）•④通风设备–组成：排烟系统、气幕及循环装置、冷却系统（烟道及管道、排烟机、烟囱、鼓风机）5、附属设施：检查坑道、砂封、钢架、轨道等窑炉其结构如图示。三带：预热40～45%烧成25～30%冷却35～40%浙江特拉10m烧嘴顶装二、窑体1、窑墙：1）作用：2）要求（具备条件）：耐温、隔热、一定的强度3）形式：厚度：350—6004）窑墙各段材料和厚度的确定①根据温度确定材料②砌筑方便，厚度变化少③厚度为砖长、宽的整数倍，高度为砖厚的整数倍，少切砖④灰缝越小越好，耐2－3、红5－8⑤选用标准砖，预留膨胀缝20－40mm5）砌墙所用砖材计算方法：墙的体积由表1－6查出内层耐火粘土、高铝、莫来石砖230—345中间层隔热轻质砖115—230陶瓷纤维50—150外层加固红砖240—360钢板3—51）作用：2）要求：结构好，不漏气，坚固耐用；质量小，减轻窑墙负荷；横推力小，少用钢材；尽量减少窑内气体分层。3）形式——平顶——拱顶应用钢架及拉杆加圈，且有调节螺母，调节松紧。加固时注意力的传递，对保温及棉等用高强度材料代替选用标准型拱脚砖（60°、90°）钢架的选型：由横推力计算2、窑顶：图2-13吊顶结构拱顶的砌筑方法拱顶结构•拱脚砖：在两侧窑墙上支撑拱顶的脚砖。•拱脚梁：是在拱脚处沿窑长方向水平安置的槽钢、角钢或钢筋混凝土横梁。•立柱：是紧靠窑墙两侧直立的工字钢、槽钢或钢筋混凝土柱。立柱下端埋在基础内或用拉杆拉紧。•拱顶横推力通过拱脚梁传给立柱。•1）作用：清扫碎屑、砂粒冷却窑车检查窑车、处理事故•2）设置：全坑道、半坑道尺寸：宽1m、高1.8m（注意地下水位）3）优点：便于清扫，冷却和处理事故，保护窑车，可用于维护压力制度，减小漏锡，减小温差及散热，保护窑车不烧坏。缺点：加深地基深度，增加基建投资；因地下水位限制，须防水防漏3、检查坑道作用：1、保证操作稳定2、防止漏气，减小气体分层和温差3、合理冷却设置：窑头窑尾设置窑门（升降式或对开式基本不用，设置封闭气幕膨胀缝：窑墙、窑顶距离4-10m宽度为2-4cm，测温孔、测压孔、观察孔4、窑门：双层门、单层门三、窑车，砂封及推车机，托车，出车机•1、窑车–包括车衬、车架、车轮等。•1）车衬与棚板•表面：耐火材料大砖拼装，尺寸准确，•高温荷重软化强度高；•中部：隔热保温材料，增加热阻，减轻重量。•棚板装烧：棚板通过码脚或立柱支在衬砖上，•中间留25mm左右空隙利于气体流通。•经受窑内高温的反复作用，工作条件恶劣，•其质量的好坏直接影响全窑的正常运转与产品质量和成本。•造价占全窑总造价的近四分之一。承重型结构之一（b）承重型结构之二（c）半承重型结构（d）不承重型结构图5-3三类四种窑车衬料结构示意图槽型钢槽内填入耐火纤维绳图5-2窑车结构棚板装烧•铸铁车架：刚度大，变形小，抗氧化，节约钢材，造价低，•型钢车架：轻便，易制造，成本高，易变形，铆接成型。3）车轮与车轴单边轮、槽轮轴承的润滑：＜120℃，机油、钙基润滑脂；120～400℃，多采用MoS2或石墨润滑。2、曲封：窑车与窑车、窑车与窑墙之间•砂封：窑车与窑墙之间•裙板、砂封槽、漏砂管•砂子直径1－3mm，加砂管2－3对。2）车架图2-15隧道窑窑体密封曲封；2-砂封–液压式：较常用，推车速度慢，平稳可靠，振动小，动力消耗低，无级变速，调节方便，但易漏油。多用连续式推车。–螺旋式：用得较少，推车速度快，振动大，功耗大，占地面积大，易损件多，噪声大，速度可达1.4m/s，间歇式推车用。•间歇式推车与连续式推车的优缺点：–间歇式推车：每车温度急剧改变，产品温度不是均匀上升，影响产品质量，且推车快，不平稳，易倒窑，如采用高速烧咀，则应采用。–连续式推车：产品温度均匀上升，推车慢，平稳不易出事故，但对采了高速烧咀的窑没有气流通道，易倒窑，此时可设下火道。3、推车机四、燃烧设备•1、包括：烧咀，燃烧室，附属设备•2、燃烧室、烧咀的布置：•1）集中或分散•全窑只设1－2对燃烧室时为集中布置。集中布置易于操作和自动调节，砌筑方便，但受烧咀能力的限制，且难保证温度和气氛。•全窑设置较多对且分散开来的燃烧称分散布置。分散布置有利于保证温度制度和气氛制度的实现，但燃烧室多砌筑不便，且不易操作。•2）相对或相错：两侧•相对：砌筑简单，易于安装钢架，但对着喷火的温度偏高，出现窑宽•度方向上的温差。•相错：产生气体循环，均匀窑温，但砌筑复杂，不易安装钢架。•品字形•3）一排或二排•断面较高时用二排，均匀上下窑温。图3-10烧成带燃烧系统管路布置图煤气总管；2-空气总管；3-空气直支气管；4-煤气直支气管；5-空心方钢构架兼作空气支管；6-烧嘴燃料供应系统图3-13工作油罐供油系统图工作油罐；2-球阀；3-过滤器；4-齿轮油泵；5-压力表；6-流量表图3-12煤气供应系统压力表；2-控制开关；3-旁通阀；4-安全阀；5-压力开关；6-调压阀；7-流量控制阀；8-电动控制阀；五、排烟系统•1、组成：排烟口、支烟道、主烟道、排烟机或烟囱•2、排烟口：形状——方形、拱形•布置——窑车台面•数量•3、排烟方式：•分散排