陶瓷工业热工设备
陶瓷工业热工设备-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
热工设备
第三章隧道窑
烧成过程
1、20-200℃预热排除残余水分
2、200-500℃排除结构水
3、500-600℃石英晶型转化：β-SiO2→α-SiO2，体积膨胀控制不当（温度不均）导致开裂
4、600-1050 ℃氧化阶段：
硫化铁、有机物中碳的氧化，碳酸盐分解等
5、1050-1200 ℃还原阶段：
氧化铁还原为氧化亚铁
6、1200-1300 ℃烧结阶段：
7、冷却阶段：①1300-700 ℃急冷段
②700-400 ℃缓冷段石英晶型转化
③400-80 ℃
烧成制度的确定原则
包括：温度制度气氛制度压力制度
1、合理的温度变化速率：考虑制品内部温度均匀及物理-化学变化所需时间
2、适宜的保温时间
3、气氛控制：
4、合理的压力制度：
烧成制度举例P5
耐火材料的主要性能
1、耐火度：高温下抵抗熔化的能力（三角锥试样软化）
2、荷重软化点：在一定压强下加热，发生变形和坍塌时的温度
3、热稳定性（温度急变抵抗性、抗热震性）：热震试验
4、抗氧化腐蚀性
5高温体积稳定性：在高温下长期使用，抵抗体积不可逆变化的能力（用残余收缩/膨胀表示）
1、粘土砖：弱酸性耐火材料，热稳定性较好，荷重软化开始温度1250-1300℃，使用温度1300 ℃以下。
2、半硅砖：半酸性耐火材料，荷重软化开始温度高于粘土砖，但热稳定性比粘土砖稍差。
3、高铝砖：耐火度及荷重软化温度高于粘土砖，抗化学腐蚀性较好，但热稳定性稍差，使用温度1400-1600 ℃。
4、硅砖：酸性耐火材料，荷重软化开始温度高，热稳定性差，不适于间歇式窑炉。
5、镁砖：碱性耐火材料，耐火度很高，荷重软化温度低，热稳定性差。
6、镁硅砖：荷重软化开始温度较镁砖略高
7、镁铝砖：耐火度很高，荷重软化温度和热稳定性均好于镁砖，使用温度1700-1900 ℃。
8、刚玉砖：使用温度1800 ℃以下。
9、碳化硅耐火制品：导热系数高，高荷重软化温度和热稳定性，高的抗渣性和耐磨性。(可用于匣钵、棚板、隔焰板等)
10、含锆耐火材料及其它
砌窑用耐火混凝土
1、矾土水泥耐火混凝土（1300-1400℃）
2、磷酸盐耐火混凝土（1400-1600 ℃）
3、镁质耐火混凝土（1800 ℃）
砌窑用隔热材料
1、轻质耐火砖：制造耐火砖时加入特殊发泡物质，生成多孔的轻质耐火砖强度低、耐磨性和热稳定性差，不能直接与火焰接触。
2、高铝空心球砖：高温绝热性好、收缩性小、强度大、耐磨性好、抗腐蚀性强。
3、硅酸铝耐火纤维（陶瓷棉）：高耐火度、低导热系数、低蓄热量、轻质、吸音、耐热冲击、耐腐蚀等。
4、其它
工作系统及分带
1、分带：
预热带、烧成带、冷却带
2、流程：
坯体：预热带（烟气预热）→烧成带（火焰及燃烧产物加热烧成）→冷却带（冷空气）
燃烧产物：烧成带→预热带→排烟口→支烟道→主烟道→烟囱→窑外
空气：冷却带（被加热）→烧成带（作为助燃空气）
→抽出（用于干燥或气幕）
3、工作系统
①简单窑工作系统，无鼓风机和抽风机，只依靠烟囱吸入空气。结构简单，但温度分布不均，烧成温度低。
②一般窑工作系统(如图1-3)
烧油或气自燃烧室喷入烧成带，用风机控制压力。
少/无冷风进入烧成带，燃烧温度高并维持气氛。温度均匀、低热耗。
③隔焰窑工作系统
烟气不进入隧道而在隔焰道中流动换热。
隧道窑利用烟气预热坯体，利用产品冷却加热空气，且为连续性窑，窑墙、窑顶温度不变，热耗低。
隧道窑结构
窑体：窑体是由窑墙、窑顶和窑车衬砖围成码烧坯体的空间。
燃烧装置：包括燃烧室，烧嘴。
通风设备：排烟系统，气幕，气体的循环装置，冷却系统。
窑内输送设备：窑车、推板、输送带等。
窑体结构图
1-烧嘴；2-烧嘴砖；3-燃烧室；4-窑墙；5-拱顶
窑墙：作用：分隔，支撑，保温。性能：耐温，强度，隔热。窑墙尺寸应为窑砖尺寸整数倍。
窑顶
结构如图：
1-拱顶；2-拱脚；3-拱脚梁；4-立柱；5-拉杆；6-检查坑；R-拱半径；B-跨度；α-拱心角；S-拱厚；f-拱高
类型有：半圆拱f=(1/2)B 标准拱(1/3~7/3) 倾斜拱(1/8~1/10) 平拱(0) f=拱高，B=跨度
窑顶需具备的性质:
1、耐高温，积散热小具有一定机械强度。
2、结构好不漏气，坚固耐用。
3、质量小，减轻窑墙负荷。
4、横推力小，少用钢材
5、减少窑内气体分层。
检查坑道：①作用：清理、冷却、检查、处理故障等②缺点：增加基建费用
窑门：升降式，进口设施内外双重门。出口设置一道窑门。
隧道窑进车段最好用金属卷帘式窑门。下缘接窑车上，进入车位后松开连接装置。外卷帘门返回，放下内卷帘门，新一车进入。
砂封：窑车上钢制裙板+窑墙上砂封遭构成砂封。群板插入窑内两侧墙上砂封槽中。
作用：隔断窑车上下空间，不使冷空气漏入窑内和热气体漏出。需由窑墙上加砂管定时补充
另：曲折封闭：防止高温部分热量直接辐射给窑车金属部分，并增加漏气阻力，在窑墙与窑车衬砖之间作成曲折封闭。
推车机：使窑车在窑内移动，推动应平稳。油压推车机：由油泵，推进器组成。
连续推车：产品温度均匀上升，推车慢，平稳。
若预热带使用高速调温烧嘴，料垛间有对准喷嘴的气体循环空隙则需要间歇推车。
燃烧设备：
⑴燃烧室的布置：
①集中或分散(视窑尺寸、气氛而定)
集中布置易于操作和自动调节。分散布置燃烧室，利于保证窑内温度均匀性。
②相对或相错（高速烧嘴多为相错）
相对布置：砌筑简单易于安置钢架结构，但喷火口两侧料垛温度较高，烧成带长度上出现温差，喷出火焰长而速度高产生火焰冲击的不良影响
相错布置：窑内气体循环，使温度进一步均匀。间距一个到半个车位，料垛留适当气体通道，或喷火口对装载制品的下部或垫砖通道。
③一排或二排
烧煤气的隧道窑采用上下两层烧嘴。料垛较密，棚板装车造成上下气体沟通困难，避免下部温度高于上部。窑体断面较大，煤气或油可以采用顶烧式烧嘴。
燃烧室的种类：分为烧煤，烧重油，烧煤气的燃烧室。
烧嘴的种类：①燃气烧嘴：烧煤气压力不高，使用短焰烧嘴，低压涡流式烧嘴。
天然煤气或液化石油气：使用喷射式无焰烧嘴。高速烧嘴。
②燃油烧嘴：要求有一定调节范围，雾化要好，雾滴小而均匀，
与空气混合好，火焰软而短不直接冲刷制品或匣钵，扩散角适
当20°~30°
排烟系统：包括烟气由窑内向窑外排出锁经过的排烟口，支烟道，排烟机，烟囱等。
1、排烟口：分布于预热带全长的70%，控制各点的烟气流量。排烟口的面积应等于支烟道的总截面积，等于主烟道的截面积，等于烟囱出口截面积。
2、支烟道：联接排烟口和主烟道。
3、主烟道：汇集各支烟道的烟气送入烟囱
布置方式：主烟道穿过窑底与另一侧主烟道会合然后进烟囱。
两侧主烟道平行至窑头会合再进烟囱。此种烟囱高度较低。
4、排烟机和烟囱：自然抽风的窑炉：烟囱作用有①造成足够的抽力能克服窑内
阻力②将烟气送到足够高的地方避免污染住宅区。
机械通风的窑炉：照顾卫生条件，烟气也不能放在低空。
烟囱至少高于附近100m范围内最高屋顶3m。