第一章-绪论-工业炉窑

第一章绪论机电学院能源与环境工程系工业炉窑第一节炉窑1、定义炉窑是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。炉窑是这样一些高温结构空间，在这些结构空间里能够用加热的方法，按照工艺要求的烧成制度，使生料或者生坯经过一系列物理、化学变化后成为产品或者中间产品。窑炉只是材料制备的一个重要的中间工序设备，这个中间工序是材料的热制备工序（简称炼制过程或烧成过程）。它的前一个工序是原料的前处理，主要包括原料的精选、破碎、粉磨、混料（也叫：均化）以及坯体的成型等；它的后一个工序是烧制品的后处理（例如水泥熟料的粉磨、玻璃液的成型、退火、深加工；普通陶瓷的装饰、烤花、艺术加工；高科技产品的精细加工等），最后经过测试、检验、包装后的合格产品被投放市场发挥其应用价值。第一节炉窑2、分类＊按煅烧物料品种可分为陶瓷窑、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑、石灰窑等。＊按热源可分为火焰窑和电热窑。第一节炉窑＊按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。＊按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫窑等。＊按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。第一节炉窑＊一般大型炉窑燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。＊炉窑通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。＊电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件，其结构较为简单，操作方便。第二节工业炉窑1、定义工业炉窑是指在工业生产中用燃料燃烧或电能转换产生的热量，将物料或工件进行冶炼、焙烧、烧结、熔化、加热等工序的热工设备，范围主要为金属和无机材料的煅烧。第二节工业炉窑2、工业炉窑分类工业炉窑种类繁多,没有统一的分类方法。目前根据《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)，工业炉窑分类如下：＊第一类熔炼炉:包括四种，具体为高炉及高炉出铁场，炼钢炉及混铁炉，铁合金熔炼炉，有色金属熔炼炉＊第二类熔化炉：包括三种，具体为冲天炉、化铁炉，金属熔化炉，非金属熔化、冶炼炉第二节工业炉窑＊第三类铁矿煤结炉：包括二种，具体为烧结机(机头、机尾)，球团竖炉、带式球团＊第四类加热炉：包括二种，具体为金属压延、锻造加热炉，非金属加热炉＊第五类热处理炉，具体为金属热处理炉，非金属热处理炉＊第六类干燥炉、窑＊第七类非金属焙(锻)烧炉窑＊第八类石灰窑＊第九类陶瓷搪瓷砖瓦窑：包括二种，具体为隧道窑，其它窑＊第十类其它炉窑。第三节工业炉窑分类代码010熔炼炉：011高炉；012炼钢炉及混铁炉；013铁合金熔炼炉；014有色金属熔炼炉020熔化炉：021钢佚熔化炉；022有色金属熔化炉；023非金属熔化炉、冶炼炉；024冲天炉030加热炉：031钢铁连续加热炉；032有色金属加热炉；033钢铁间隙加热炉；034均热炉；035非金属加热炉；039其他加热、保温炉040石化用炉：041管式炉；042接触反应炉；043裂解炉第三节工业炉窑分类代码050热处理炉（1000℃）：051钢铁热处理炉；052有色金属热处理炉；053非金属热处理炉；054其他热处理炉060烧结炉（黑色冶金）：061烧结机；062球团竖炉、带式球团070化工炉：071电石炉，072煅烧炉；073沸腾炉080烧成窑：081水泥窑，082石灰窑，083耐火材料用炉，084日用陶瓷窑，085建筑卫生陶瓷窑，086砖瓦窑，087搪瓷烧成窑，088其他烧成窑第三节工业炉窑分类代码090干燥炉（窑）：091铸造干燥炉（窑），092水泥干燥炉（窑），099其他干燥炉（窑）100熔煅烧炉（窑）110电弧炉120感应炉（高温冶炼）130炼焦炉：131煤炼焦炉，132油炼焦炉140焚烧炉：141固废焚烧炉，142碱回收炉，143焚尸炉，144医院废物焚烧炉，145气体焚烧炉，149其他焚烧炉190其他工业炉窑第四节工业炉窑类型工业炉窑的种类和规格十分繁多，其类型可分为：＊若按工艺过程，工业炉窑可分为加热类炉窑、熔炼类炉窑和转换类炉窑三大类；＊若按热能来源，工业炉窑可分为燃料炉和电炉两大类；＊若按热工特性，工业炉窑可分为连续式炉窑和间歇式炉窑两类；＊若按炉膛结构型式特点，工业炉窑可分为室式炉、开隙式炉，井式炉、台车式炉、环形炉、步进式炉、阶梯反射式炉、隧道窑、轮窑、回转窑、坩埚炉、竖窑、立窑等等；第四节工业炉窑类型＊若按燃料燃烧装置或燃烧产物进入炉膛的方式，工业炉窑可分为直接燃烧炉、底燃式炉、侧燃式炉、顶燃式炉等：＊若按炉内火焰气氛，工业炉窑可分为普通气氛炉(氧化性)，保护气氛炉(还原性)和可控气氛炉；＊若按炉窑的工作温度，低温炉(650℃)中温炉(650-1000℃)和高温炉(1000℃)。＊若按电能转换为热能的不同方式，电炉分为电阻炉、电弧炉和感应炉。第五节常见几种炉窑梳理与辨析工业上常用的热风炉和退火炉在《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中没有提到,那它们分别属于《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中的哪类炉?是热处理炉或加热炉?还有,熔炼炉和熔化炉又有何区别?煅烧炉和焙烧炉又是干什么的?炼钢的转炉和电弧炉是否属于工业炉窑?这些问题需要梳理与辨析：第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊热风炉是工业企业常用的一种原料或产品烘干除去水分的烘干炉,多以优质无烟块煤为燃料,利用燃料燃烧产生的热烟气直接和原料或产品接触,传导热量,使原料或产品失去水分而干燥。所以,热风炉的特征是使原料或产品失去水分而干燥,属于《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中干燥炉、窑(第6类)。它既不属于加热炉又不属于热处理炉。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊热处理炉(《工业炉窑大气污染物排放标准》第5类)是对金属或非金属原料工件进行热处理的炉窑。热处理是指通过控制加热或冷却的速度使原料工件产生所需要的性能(如硬度或延展性),所以热处理炉的特征是使原料工件产生所需性能的炉窑。《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中把热处理炉分为金属热处理炉和非金属热处理炉两种。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊工业生产中金属热处理炉包括淬火炉和退火炉,退火是指将金属材料工件按照一定的速度加热到一定的温度、控制一定的时间后,让其按照一定的速度慢慢冷却,改变金属内部组织或品位,以便于加工或获得预期的柔韧性、电性及磁性等。淬火是指将烧红了的铸件在水或油或其它液体里一浸,立刻取出来,快速冷却,目的是提高合金的硬度和强度。所以,工业上常用的退火炉属于《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中的热处理炉(第5类)。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊加热炉(《工业炉窑大气污染物排放标准》中第4类)一般是指给金属或非金属原料工件加热,使其达到一定的温度,以便于对原料工件进行加工制作的炉窑。所以加热炉的特征是使物质的温度升高到一定温度,暂时改变其组织结构和性能,目的是使原料工件在高温状态下易于加工造型。如钢厂对钢坯进行轧制、锻造之前,要对钢坯加热,使其变软易于轧制。《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中把加热炉分为金属压延、锻造加热炉和非金属加热炉两种。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊熔炼炉和熔化炉分别是《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中第1和第2类工业炉窑,熔炼炉包括炼铁高炉、炼钢炉、铁合金熔炼炉、有色金属熔炼炉等4种,熔化炉包括冲天炉、化铁炉,金属熔化炉,非金属熔化、冶炼炉等3种。第五节常见几种炉窑梳理与辨析这两类炉只有一字之差,区别就在这相差的一字上,“熔炼”是用火烧制或用加热等方法使物质熔化,并趋于纯净、坚韧或浓缩。“熔化”是把固体物质加热到一定温度使变成液态的过程。所以,熔炼炉的特征是使物料发生化学变化和物理变化,改变物质的结构和组成,使物质熔化,并趋于纯净、坚韧或浓缩。熔化炉的特征是使物料只发生物理变化,物质由固态变成液态,以便于造型铸件等操作,不改变物质的化学组成。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊铁矿烧结炉属于《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1995)中第3类工业炉窑。铁矿烧结炉包括烧结机和球团炉2种,“烧结”是加热小块矿石或粉末使其粘结的意思,铁矿烧结炉是把铁矿粉、焦末、白灰等原料混合烧结成大块矿的炉窑,其主要特征是把小块粉状的各种原料烧结成大块,以便于下一步高炉炼铁。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊非金属焙(锻)烧炉窑在《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中属于第7类工业炉窑,“焙”是用微火烘烤之意,“焙烧”是对(矿物等)施以灼烧、加热而又不使熔化,去除其中的挥发性组分,以改变其化学组成或物理性质。“锻”本义是放在火里烧,“锻烧”是把物料加热到高温,但不熔化,目的是使产生有用的物理变化和化学变化,以便转化或除去所含不需要的某种物质。如加热石灰石除去二氧化碳而生产生石灰。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊转炉和电弧炉在《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中没有提到,转炉是一种炼钢炉,把炼铁高炉出来的生铁水注入转炉,并加入适量的废钢等,再向炉内吹入氧气,氧气既作为脱碳、脱硫、脱磷的氧化剂,氧化碳、硫、磷又能产生大量的热,给转炉加热,转炉炉体呈圆筒形,架在一个水平轴架上,可以转动,炼好的钢水易于倒出。第五节常见几种炉窑梳理与辨析电弧炉也是炼钢炉的一种,它是利用正负两电极接近到一定距离时所产生的持续的火花放电(即电弧)产生高温来炼钢的一种炉。气体放电形成电弧时能量很集中,弧区温度在3000℃以上。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。所以转炉和电弧炉均属于炼钢炉,即属于《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)中的第1类熔炼炉。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078–1996)中第9类工业炉窑是陶瓷搪瓷砖瓦窑,可分为隧道窑和其他窑。隧道窑的特点是连续性、隧道步进式火焰加热,产量大,产品质量稳定,主要用于耐火材料,陶瓷及化工粉体的烧制。隧道窑结构形式多种多样,内衬可为重质耐火砖或轻质耐火砖型式,窑顶可为拱卷结构或平吊顶结构,外壳可为金属钢板结构或红砖外墙结构,燃料可用天然气、液化气、油、煤气、煤等。第五节常见几种炉窑梳理与辨析＊《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)前言中注明:“本标准适用于除炼焦炉、焚烧炉、水泥工业以外使用固体、液体、气体燃料和电加热的工业炉窑的管理”,所以,炼焦炉、焚烧炉、水泥工业的回转窑和立窑都属于工业炉窑,只是这几种炉窑非常复杂和重要,被单列出来执行各自的标准。第五节常见几种炉窑梳理与辨析炼焦炉是将煤进行分解蒸馏制造焦炭的炉窑设备;焚烧炉是用来处理危险废物等的一种设备,通过控制危险废物在炉内焚烧的温度和停留时间,使危险废物彻底氧化分解生产无害化物质的处理过程;水泥工业熟料煅烧设备有回转窑和立窑两大类,水泥工业回转窑是一个回转的卧室圆筒型水泥熟料煅烧设备,是一个把经过粉磨配制好的生料,在高温作用下烧成为熟料的炉窑;水泥工业立窑是一个静止的立式圆筒型熟料煅烧设备。第五节我国工业炉窑发展现状1、工业炉窑技术及设备发展现状＊我国硅酸盐炉窑发展历史源远流长，5000年前就出现烧制陶瓷的升焰窑，之后又相继出现了利用山坡自然倾斜兴建龙窑、阶梯窑，以及景德镇的蛋形窑，明宋期间出现官窑。随着科学技术的发展，硅酸盐产品不断扩大，生产工艺更新，各种新型窑炉不断出现。第五节我国工业炉窑发展现状＊在硅酸盐工业中，常用的热工设备包括：原料煅烧设备有立窑（竖窑）、回转窑；制品烧成设备有间歇式的倒焰窑、梭式窑和连续式隧道窑；玻璃熔融设备有池窑、坩埚窑等。此外还有各种类型的原料、半成品干燥设备，如转筒干燥器、流态化烘干机、室式干燥器、隧道式干燥器、链式干燥器等。第五节我国工业炉窑发展现状＊在陶瓷、耐火材料工业中，由于隧道窑的连续操作，烟气和制品的余热可以得到充分利用，目前得到了广泛的应用。我国于20世纪50年代建造第一条60m黏土砖隧道窑，之后建立了高铝、硅砖、镁砖隧道窑。随着直接结合碱性砖等优质耐火材料的出现，高