隧道窑

具有周期短等优点的热工设备

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 ,是现代化的连续式烧成的热工设备。

隧道窑广泛用于陶瓷产品的焙烧生产,在 磨料 等冶金行业中也有应用。其中 俄罗斯 圣彼得堡 地方设计的最新式隧道窑,较为先进。

分类

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℃)。

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。

5.按窑内运输设备可分为:

(1)车式隧道窑;

(2)推板隧道窑;

(3) 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。

结构

隧道窑主要包括以下几种:窑体、窑内输送设备、燃料燃烧系统、通风设备。

窑体:隧道窑系统的主要部分,窑体上设有各种 气流 进出口。

窑内输送设备: 窑车 与窑具。

燃料燃烧系统:包括燃料输送管道、燃料预热、 燃烧器 等。隧道窑的加热燃烧主要是重油,轻柴油,和天然气 煤气 ,原有的直燃煤方式已不多用。油类燃烧配备有 储油罐 和燃烧喷嘴。因油类成本较高使用较多的仍是天然气和煤气,天然气是通过天然气管道将天然气输送至 窑炉 有专门的天然气烧嘴进行喷射燃烧。煤气燃烧除了有专一的煤气管道输送至 炉窑 外,隧道窑用户大都自备有 煤气发生炉 进行煤气的生产,由煤气发生炉所产的煤气经过管道输送至隧道窑 燃烧室 ,通过煤气烧嘴进行喷射燃烧。

通风设备:包括排烟系统、气幕搅动系统和冷却系统。其作用是使得窑内 气流 按一定方向流动。

工作原理

隧道窑始于1765年,当时只能烧陶瓷的 釉上彩 ,到了1810年,有可以用来烧砖或陶器的,从1906年起,才用来烧瓷胎。最初著名的隧道窑,是福基伦式,到了1910年以后,就渐渐有了许多改进的方式。

隧道窑一般是一条长的直线形隧道,其两侧及顶部有固定的墙壁及 拱顶 ,底部铺设的轨道上运行着 窑车 。燃烧设备设在隧道窑的中部两侧,构成了固定的高温带--烧成带,燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或 引风机 的作用下,沿着隧道向窑头方向流动,同时逐步地预热进入窑内的制品,这一段构成了隧道窑的预热带。在隧道窑的窑尾鼓入冷风,冷却隧道窑内后一段的制品,鼓入的冷风流经制品而被加热后,再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源,这一段便构成了隧道窑的冷却带。

在 平车 上放置装入陶瓷制品的 匣钵 ,连续地由预热带的入口慢慢地推入(常用机械推入),而载有烧成品的台车,就由冷却带的出口渐次被推出来(约1小时左右,推出一车)。

应用于 钢坯 连续加热,或陶瓷连续 烧结 。

工作过程

粘土 质陶瓷的烧成过程发生的物理化学变化:共有以下九个阶段。

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℃/h

2)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 、 有机化合物 氧化, 碳酸根 、 硫酸盐 、 氢氧化铁胶体 分解,放出 二氧化硫 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。

分带

隧道窑可分为预热带、烧成带、冷却带。

1、预热带占窑总长的30-45%,温度范围是室温~900℃;车上坯体与来自烧成带燃料燃烧产生的烟气接触,逐渐被加热,完成坯体的预热过程。

2、烧成带占窑总长的10-33%,温度范围是900℃~最高温度;坯体借助燃料燃烧所释放出的热量,达到所要求的最高烧成温度,完成坯体的烧成过程。

3、冷却带占窑总长的38-46%,温度范围是最高温度~制品出窑温度;高温烧成的制品进入冷却带,与从窑尾鼓入的大量冷空气进行 热交换 ,完成坯体的冷却过程。

特点

优点

隧道窑与间歇式的旧式倒焰窑相比较,具有一系列的优点。

1、生产连续化,周期短,产量大,质量高。

2、利用逆流原理工作,因此热利用率高,燃料经济,因为热量的保持和 余热 的利用都很良好,所以燃料很节省,较倒焰窑可以节省燃料50-60%左右。

3、烧成时间减短,比较普通大窑由装窑到出空需要3-5天,而隧道窑约有20小时左右就可以完成。

4、节省劳力。不但烧成时操作简便,而且装窑和出窑的操作都在窑外进行,也很便利,改善了操作人员的劳动条件,减轻了劳动强度。

5、提高质量。预热带、烧成带、冷却带三部分的温度,常常保持一定的范围,容易掌握其烧成规律,因此质量也较好,破损率也少。

6、窑和窑具都耐久。因为窑内不受急冷急热的影响,所以窑体使用寿命长,一般5-7年才修理一次。

但是,隧道窑建造所需材料和设备较多,因此一次投资较大。因是连续烧成窑,所以烧成制度不宜随

意变动,一般只适用大批量的生产和对烧成制度要求基本相同的制品,灵活性较差。

缺点

1、其隧道窑建造所需材料和设备较多,因此一次投资较大;

2、对于不同制品必须全面改变焙烧工艺制度;生产技术要求严格; 窑车 易损坏,维修工作量大等。

节能方式

由于隧道窑是连续性 窑炉 ,热利用较好,且多数隧道窑使用的助燃空气采取的是自然风或在冷却带吹入冷风,从而使空气变热。虽然 余热 利用,但因为抽出的热空气中,混入有非常多高温带燃烧过的废气,所以导致助燃空气中 氧气 不足,燃烧效果不佳。使用 换热器 换出来的热空气是新鲜的热空气,可达到最佳的助燃效果。如果使用金属换热器,可以进行一部分的余热回收,但如果冷却带温度达到800度以上,金属换热器非常容易被高温损坏。

操作方法

第一、改变坯垛的码放形式,在中、下部加头,减少孔道,降低炕腿高度。这一措施尤其是适用于没有随着季节变化而改动码窑方法的情况,对于冬季仍使用夏季高炕腿的厂家,特别适用。

第二、降低近闸的使用高度,让保温带底部降温速度慢一些。

第三、适当延长保温带,延长供风的距离和时间。

第四、如因冷风进入量过大,使保温带冷却降温过快时,可减少冷风进入量,降低保温带的冷却降温速度。

第五、少量勤添,重烧后火。或者通过火眼在保温带第一排前添人炉灰“堵后风”。