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1、无机非金属材料热工设备 陶瓷部分 主讲 李小雷 Email: ,材料类专业课程,绪 论,一.烧成在陶瓷生产中作用和地位 二.烧成设备 各种窑炉,三.窑炉的发展历程,1古代陶瓷窑炉（1850年前） 距今5000年前（竖穴窑和横穴窑）1200 氧化焰 距今2500年前 战国时代 南方（龙窑）北方（馒头窑） 1300 可控制气氛 距今1000年前 宋代采用煤作燃料 距今约600年前 明代阶级窑 可烧细瓷 距今约400年 明末清初景德镇窑 采用了空气隔热保温， 1618米的烟囱,2近代陶瓷窑炉（18501950年）, 1919年，我国出现倒焰窑，窑温更加均匀； 1898年，法国人福基罗创建了机械化的隧
2、道窑； 1958年，山东博山瓷厂建成我国第一条煤烧 日用陶瓷隧道窑60M,3现代陶瓷窑炉（1950年至今）,代表性的窑型有：梭式窑 现代隧道窑 辊道窑,主要表现在三个方面促进了陶瓷窑炉技术的发展：, 能源技术的进步，净化发生炉煤气、天然气和液化石油汽； 耐火材料工业的进步，纤维制品，高级合成原料轻质砖，高档窑具等； 烧成技术的进步，高速烧嘴，明焰烧成技术。,三窑炉中需要解决的中心问题,1窑温更加均匀 ； 2操作更简便 ； 3传热更合理，节能降耗 ； 4更加环保 。,3.1 隧道窑及辊道窑,3.1.1 合理的烧成制度 3.1.2 砌窑用耐火材料 3.1.3 工作系统及结构 3.1.4 隧道窑的设
3、计计算 3.1.5 辊道窑,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,3.1.1 合理的烧成制度,一、烧成过程：,烧成过程是若干过程的综合，包括下面五个过程,物料的物理化学变化过程 物料的运动过程 气体流动过程 燃料燃烧过程 传热过程,建立的外在条件 （温度、压力）,烧成就是指成型制品的烧制。可划分以下几个阶段：,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,（一）在预热带20-200阶段排除残余水分。 （二）200-500，排除结构水，结构水指粘土矿物中的结晶水和层间水。 （三）500-600，石英晶型转化。 （四）600-1050，属于氧化阶段。 （五）1050-1200，制品进入烧成带的还原阶段。 （六）120
4、0-1300烧结阶段。 （七）1300-700，属冷却带的急冷阶段。 （八）700-400缓冷阶段，产品中的石英晶型转化，有体积收缩。须注意窑内温度均匀，使产品均匀冷却。 （九）400-80阶段，可以直接风冷。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,二、陶瓷的烧成制度：,须满足以下三点基本要求：,1、各阶段应有一定的升温或降温速度，不得超过，以免坯体内外温差过大而形成破坏应力，同时还应考虑到该阶段中所进行的物理化学变化所需要的时间。,2、在适宜的烧成温度下应有一定的保温时间，以使坯体内外温度趋于一致，保证坯体内外充分烧结和釉面成熟平整。,3、在某些阶段应保持一定的气氛，以保证坯体中某些物理化学过程的
5、进行。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,烧成制度,温度制度 气氛制度 压力制度,温度制度： 窑炉内制品温度随时间（或位置）变化的规律。将温度制度在直角坐 标系上绘成曲线称烧成曲线。（温度为制品的表面温度）常用窑温来 代替此温度。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,气氛制度：窑炉内制品周围气体性质随时间（或位置） 变化的规律。,压力制度：窑内气体压力随时间（或位置）变化的规律。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,工业窑炉对耐火材料性能的要求：,1.有足够的耐火度，在最高使用温度下不发生熔化或软化; 2.在最高使用温度下，具有足够的高温机械强度; 3.在高温下体积稳定; 4.温度急剧变化时不发生破裂和
6、剥落; 5.在高温下能承受炉内气氛或材料的侵蚀; 6.在高温下有良好的绝缘性能; 7.能保温，使向外界散失的热量较少。,2020/10/12,14,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,3.1.3 工作系统及结构,一、工作系统及分带：,隧道窑工作系统（工作流程）指窑内气体输送系统。,隧道窑内，装有坯体的窑车迎着气流连续式或间歇式运动，一般将其分为三个带。预热带、烧成带、冷却带。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,隧道窑的工作系统：,1、产品烧成部分：即窑体部分，是隧道窑系统的主要部分， 窑体上设有各种气流进出口 2、窑内输送设备：窑车与窑具 3、排烟系统：包括支烟道、主烟道、烟囱等各种排烟通道。 4、
7、燃料燃烧系统：包括燃料输送管道、燃料预热、燃烧器等。 5、气幕搅动系统：输送风管、风机、及各种调节阀 6、冷却系统：包括急冷、缓冷、快冷。 6、推车系统：为窑车运动提供动力，有液压型推车机和螺旋推车机 7、窑车回路系统：包括窑内轨道和窑外轨道以及驱动设备,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,隧道窑的分带：,三带：预热带、烧成带、冷却带，,划分方法 (三种）,以温度为界,以窑体长度分,预热带占窑总长的3045% 烧成带占窑总长的1033% 冷却带占窑总长的3846%,预热带的温度范围：室温950 烧成带的温度范围：950最高温度 冷却带的温度范围：最高温度 制品出窑温度,按燃烧室设置位置分（常用）,
8、预热带（燃烧室之前） 烧成带（设有燃烧室的位置） 冷却带（燃烧室之后）,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,二、结构：,窑体 窑内输送设备 燃烧设备 通风设备,1、窑体：由窑墙和窑顶所组成,窑墙：其作用如下：P13,窑顶：其作用与窑墙相似。旧式隧道窑采用拱顶结构（砖为楔形夹直形砖砌成）。其支撑通过拱脚砖在窑两侧墙上，最后传给立柱。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,现代隧道窑：多采用平吊顶，用异形砖砌筑窑顶，其
9、下沿为平顶或近似平顶。,3) 检查坑道：,4)窑门：旧式隧道窑窑头及窑尾都设有窑门，为了防 止窑头漏入冷空气和窑尾漏出冷却风，但有很多不利。,2、窑车及窑具：,1）、窑车：用来运载制品，窑车在窑内构成封闭 的活动窑底，窑车由金属车架及其上耐火材料组成。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,现代隧道窑窑车与旧式窑的不同之处：,旧式为铸铁车架；现代为轻型型钢车架,旧式窑车车直径较大（300-450mm）； 现代较小（200-250mm）, 窑车上耐火材料衬料,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,2）、窑具：,旧式明焰陶瓷隧道窑的窑具是匣钵，辅
10、以少量垫砖；隔焰窑用棚板和立柱，辅以某些垫具。,现代隧道窑窑具：不用此结构，采用棚架结构的窑具，辅以某些垫具或支架。,3、燃烧设备：依燃料种类其燃烧设备有,燃烧室 烧嘴 其他附属设备,窑具是窑车车面以上装载制品的辅助用具。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,1）、燃烧室的布置：,集中或分散：全窑每小时所烧掉的燃料量若采用12对燃烧室时称集中布置。若采用10或更多的燃烧室时称分散布置。,一般小断面的短隧道窑，设12对燃烧室 大断面的长隧道窑，设58对燃烧室,相对还是相错：,相对即两侧燃烧室相对称布置,相错即两侧燃烧室不全相对而略有错开（一般以半个车位到一个车位为宜）,无机非金属材料热工设备陶瓷部分
11、,一排还是二排：,一排布置时接近车台面处；烧煤气且用棚板装车时，分上下两层布置。,2）烧煤、烧重油、烧煤气的燃烧室：,3）烧嘴：,现代隧道窑大都采用液体和气体燃料，多用高速烧嘴，其焰气喷出速度为70100m/s。,特点：a利用高速烧嘴产生的焰气，以高速直接喷向物料表面，可减薄物料表面的气体层流底层，增大传热速率，称为“冲击加热”。,b其焰气速度可带动周围的烟气在窑内循环，形成强烈的搅拌，使窑内温度和气氛均匀，强化传热，提高产量和质量。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,烧嘴的调节：调节燃气和空气的流量来控制烧嘴的燃烧过程，以达到烧成工艺所需的最佳参数（温度、气氛等）。,无机非金属材料热工设备陶瓷
12、部分,4、排烟系统：,由排烟口、支烟道、主烟道、排烟机、及烟囱等,排烟口的布置：隧道窑预热带设置分散的排烟口，易控制各点的烟气流量，保证烧成曲线，可减少气体分层现象。,其布置是自进窑第二车位起，每车布置一对排烟口，其地段约占预热带全长的70%。排烟口可设置得多些，以随焙烧制品的变动而进行调节。,支烟道和主烟道：在排烟口底下，支烟道起联接排烟口和主烟道的作用，主烟道汇集各支烟道的烟气送进烟囱。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,排烟机和烟囱：为排烟系统的最后设置，或只有 烟囱而没有排烟机。,其阻力计算：自窑内零压面算起，经料垛，排烟口，支烟道，主烟道至烟囱底部的全部压力。,无机非金属材料热工设备陶
13、瓷部分,5、气幕、搅动循环装置：,窑内气体产生分层的原因：预热带处于负压，易漏入冷空气而沉在下部，热气体在其上而产生分层现象。,措施：用气幕或循环装置。,气幕：在窑横断面上，自窑顶及两侧窑墙上喷射多股气流进入窑内，形成一片气体帘幕。,封闭气幕,搅动气幕,循环气幕,氧化气氛幕,急冷阻挡气幕,组成,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,1）、封闭气幕：,在预热带窑头，将气体以一定的速度自窑顶及两侧墙喷入，形成一道所帘以阻挡冷空气漏入窑内。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,2)、搅动气幕：,将一定量的热气体以较大的流速和一定的角度自窑顶一排小孔喷出，迫使窑内热气体向下流动产生搅动，使窑内温度均匀。,作用：
14、减少气体分层。,注意：*热气体温度应尽量与该断面处温度接近；,*喷出速度应在10m/s以上（国外100m/s),无机非金属材料热工设备陶瓷部分,扰动气幕： 位于预热带，一般设置2-3道扰动气幕 工作过程：以一定量的热气体以较大的流速和一定的角度自窑 顶一排小孔喷出，迫使窑内热气体向下运动，产生扰动，使窑 内温度均匀。气流喷出角度垂直向下，或以一定角度逆烟气流 动方向喷出。,扰动气幕作用：为了克服预热带气体分层 现象而采取的措施， 气体分层原因：隧道窑预热带处于负压，易漏入冷风，冷风 密度大，沉在下部，迫使热气体向上，产 生气体分层现象。 气体分层结果：气体分层导致上下温差最大可达300400。
15、这样就必须延长预热时间，等待下部制品 预热好，反应完全， 因此降低了窑的产量，增加了燃料消耗。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,要求： （1）作为搅动气幕的热气体温度应尽量与该断面处温度相近，否则易使窑内局部温度下降造成制品炸裂。 （2）作为搅动气幕的热气来源可以是烟道内的烟气，烧成带窑顶二层拱内的热空气或冷却带抽来的热空气。喷出速度应在10m/s以上才起作用。 （3）气流喷出角度可以使90垂直向下，也可以120-180角度喷入。 现代隧道窑在预热带靠近烧成带的一端附近设置高速调温烧嘴来代替搅动气幕。其喷出速度大，烧嘴喷出的气体温度可以调节到该处所需的温度，达到快速烧成。,无机非金属材料热工设
16、备陶瓷部分,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,3）、循环气幕（与扰动气幕作用相同） 是利用轴流风机或喷射泵使窑内烟气循环流动，以达到均匀窑温的目的。 轴流风机装在窑顶洞穴中，叶片不超出拱顶面，机轴后面有夹道通向侧墙车台面处的吸气口，将同一截面上的烟气抽吸并自窑顶吹向下部。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,采用喷射泵时，用压缩空气自喷口高压喷出，在该处造成负压，将同一截面上的烟气抽出后又送入，形成烟气循环，减少上下温差。,无机非金属材料热工设备陶瓷部分,4）气氛气幕（结构同封闭气幕） 位置：位于气氛改变的地方。 隧道窑在950-1050处设气氛幕氧化气幕，即在该处由窑顶及两侧窑墙喷入热空气，使之与烧成带来的含一氧化碳 的烟气相遇而燃烧成为氧化气氛。 说明： (1)气幕的气体量要足够，空气过剩系数在1.5-2.0之间， 空气不能过多， 以免该处温度过低，氧化反应不完全，引起坯泡。 (2)作为氧化气氛幕的空气温度也不能过低，一般是从冷却带内，或窑顶二层拱中、间接冷却壁中抽出的
