在陶瓷、耐火材料制品的生產(chǎn)過(guò)程中，燒成是一道重要工序。常見的燒成設(shè)備有兩大類。一類是連續(xù)加熱窯，如隧道窯;另一類為間歇加熱窯，如倒焰窯。
隧道窯的主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量大、燃料消耗低、熱效率高以及勞動(dòng)條件好，其缺點(diǎn)是基建投資大、熱工制度不易經(jīng)常調(diào)整、鋼材用量以及附屬設(shè)備較多，故多用于產(chǎn)量大、品種單一的制品。間歇窯主要包括倒焰窯、梭式窯、鐘罩窯、蒸籠窯等。具有熱工制度易調(diào)整、靈活性大、窯內(nèi)溫度分布均勾、基建投資少等特點(diǎn)。傳統(tǒng)倒焰窯由于砌筑蓄熱室熱量大，煙氣帶走熱量多，熱效率低，單位產(chǎn)品燃料消耗高，且裝窯出窯操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此這些窯爐常用于中小型工廠以及小批量、多品種制品的燒成。但自20世紀(jì)70年代后高級(jí)耐火材料的出現(xiàn)、高速燒嘴的應(yīng)用以及微處理機(jī)對(duì)窯溫、窯壓及氣氛的自動(dòng)控制，使得新型間歇窯比傳統(tǒng)間歇窯更具有高的熱效率、適應(yīng)性強(qiáng)、燒成時(shí)間短、勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)比較間歇窯和連續(xù)窯，了解和掌握砝酸鹽工業(yè)窯爐的典性與個(gè)性特點(diǎn)，以便我們根據(jù)實(shí)際工況運(yùn)用熱工原理知識(shí)，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和解決高溫工程問(wèn)題的基本技能。
隧道窯
1.1隧道窯分類
隧道窯有各種不同的分類方法，大致歸納為：
1.1.1? 按燒成溫度分
（1）低溫隧道窯(1000?1350℃);
（2）中溫隧道窯(1350?1550℃);
（3）高溫隧道窯(1550?1750℃);
（4）超高溫隧道窯(1750?1950℃);
1.1.2? 按燒成品種分
(1)耐火材料隧道窯;
(2)陶瓷隧道窯;
(3)紅磚隧道窯。
1.1.3? 按熱源分
(1)火焰隧道窯;
(2)電熱隧道窯。
1.1.4? 按火焰是否進(jìn)入隧道分
(1)明焰隧道窯;
(2)隔焰隧道窯;
(3)半隔焰隧道窯。
1.1.5? 按窯內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備分
(1)車式隧道窯;
(2)推板隧道窯;
(3)輥底隧道窯;
(4)輸送帶隧道窯;
(5)步進(jìn)式隧道窯;
(6)氣墊式隧道窯。
1.1.6? 按通道多少分
(1)單通道隧道窯;
(2)多通道隧道窯。
1.2工作系統(tǒng)
隧道窯因類似鐵路山洞的隧道而得名，目前多采用單通道明焰車式隧道窯，圖5-1所示為其中的一種系統(tǒng)圖。隧道窯屬于逆流操作的熱工設(shè)備，即窯車上的坯體，由推車機(jī)的推動(dòng)，在隧道內(nèi)與氣流依相反方向連續(xù)或間歇移動(dòng)，并完成預(yù)熱、燒成、冷卻過(guò)程。因此將隧道窯沿窯長(zhǎng)分為預(yù)熱、燒成、冷卻三帶。
窯車進(jìn)入預(yù)熱帶后，車上的坯體首先與來(lái)自燒成帶的燃料燃燒的煙氣接觸，并逐漸加熱;進(jìn)人燒成帶后，坯體借助燃料燃燒放出的大量熱量，達(dá)到所要求的最高燒成溫度，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保溫，坯體被焙燒成制品;高溫?zé)傻闹破愤M(jìn)人冷卻帶，與窯尾鼓人的大量冷空氣進(jìn)行熱交換，制品冷卻后被推出窯外。
被加熱的空氣一部分作為助燃空氣，送往燒成帶，另一部分抽出供坯體干燥或氣幕用。燃料在燒成帶燃燒后所產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓馗G內(nèi)通道流人預(yù)熱帶，在加熱坯體時(shí)本身被冷卻，最后自預(yù)熱帶排煙口、支煙道、主煙道經(jīng)排煙機(jī)、煙囪被排出。
從上述分析可以看出，制品與氣流按照逆流方向運(yùn)動(dòng)，熱量得到充分利用，因此熱效率較間歇窯爐高。
1.3隧道窯的規(guī)格
不同制品的隧道窯常見的規(guī)格有：
黏土磚(3萬(wàn)?3.5萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為41.8m、22.0m、37.4m。
高鋁磚(3.5萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為72m、24m、60.6m。
鎂質(zhì)制品(4萬(wàn)?4.5萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為72m、24m、60m。日用瓷(7x106t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為29.86m、26.47m、35.67m。
電瓷(還原焰)(562萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為38.52m、28.0m、50.07m。
衛(wèi)生瓷(隔焰)(2x105件/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為30m、22m、40m。
釉面磚釉燒(1.8X105m2/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為13.47m、6.9m、13.51m。
1.4隧道窯溫度制度
合理而穩(wěn)定的熱工制度對(duì)所有的熱工設(shè)備都很重要。熱工制度主要包括溫度制度、壓力制度和氣氛制度。這些制度相互影響，且與窯車磚垛碼放及推車制度密切相關(guān)。
溫度制度是核心，對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量非常重要。其中燒成帶的溫度十分關(guān)鍵。影響溫度制度的因素有兩類:一類為工藝方面的，如原料、品種、配方、加工工藝各過(guò)程直至半成品的強(qiáng)度、水分、形狀等;另一類是窯爐方面的，如結(jié)構(gòu)、燃料種類及性能、空氣過(guò)剩系數(shù)、燃燒室和燒嘴的結(jié)構(gòu)，以及一次、二次空氣的比例及預(yù)熱溫度等。
實(shí)踐證明，沿窯車前進(jìn)方向要求考慮磚垛溫度的合理性，在預(yù)熱至燒成帶要求前部高后部低、上部高下部低、中間高兩邊低。造成預(yù)熱帶溫差形成的原因有:①熱氣體的浮升力;②負(fù)壓形成的冷熱氣體分層;③磚垛碼放不合理;④窯車蓄熱。
間歇窯
2.1工件原理
倒焰窯有圓窯與方窯(或矩形窯)之分，且多以容積大小進(jìn)行分類，也可以最高燒成溫度或焙燒品種來(lái)分類。倒焰窯的基本結(jié)構(gòu)大致相同，圖5-3所示為某圓窯的結(jié)構(gòu)圖。其工作原理為:將煤加人燃燒室2的爐箅上，一次助燃空氣由燃燒室下面的灰坑穿過(guò)爐箅，通過(guò)煤層并使之燃燒。燃燒產(chǎn)物自噴火口噴至窯頂，再自窯頂經(jīng)過(guò)坯體倒流至窯底，經(jīng)吸火孔5、支煙道6及主煙道7流向煙囪底部，最后由煙囪排出。坯體自裝好至燒成出窯前一直停在窯內(nèi)。因火焰在窯內(nèi)倒流，故稱倒焰窯。煙氣流經(jīng)坯體，以對(duì)流和輻射將熱董傳給坯體。
2.2倒焰窯結(jié)構(gòu)
2.2.1? 倒焰窯容積
決定倒焰窯容積大小的是產(chǎn)量，同時(shí)相對(duì)單位制品的能耗也小，但是容積過(guò)大，火焰達(dá)不到窯的中心位置，導(dǎo)致窯溫不均，廢品或欠燒品增加。故根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品對(duì)溫度均勻性的要求、勞動(dòng)組織條件、投資大小來(lái)決定倒焰窯的體積。
窯的容積計(jì)算分成兩部分，即拱頂部分與拱頂以下的窯墻部分，后者計(jì)算簡(jiǎn)單。圓窯頂部容積及其表面積可按下式計(jì)算：
我國(guó)倒焰窯的設(shè)計(jì)系列為30m3、50m3、80m3、100m3、150m3、270m3等。陶瓷用工業(yè)窯爐的容積多為100m3。決定倒焰窯窯髙的因素是制品在燒成過(guò)程中所允許的負(fù)荷，即髙溫荷重;沿窯高溫度分布的均勻性;是否方便裝卸制品等。由于“倒焰”使得窯內(nèi)上下溫差較小，故其高度可比隧道窯高些。但不能太髙(考慮裝卸問(wèn)題和溫差問(wèn)題)，一般耐火材料的倒焰窯窯高為2.5?4.0m,圓窯的拱高一般為直徑的1/6?1/4。
窯的直徑是根據(jù)窯的橫截面上溫度均勻性來(lái)決定的?；鹧嬗蓢娀鹂趪姵龊罂刂频木嚯x為3m，燒無(wú)煙煤時(shí)控制的距離為2m，所以窯的直徑一般為5?8m。
2.2.2? 窯體結(jié)構(gòu)
(1)窯體。由窯墻與窯頂構(gòu)成。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮足夠的機(jī)械強(qiáng)度以及蓄熱和散熱問(wèn)題。在焙燒時(shí)砌體所蓄積的熱童占總耗量的10%?15%，往往是外表面向外界散失熱量的數(shù)倍。若厚度過(guò)薄，增加散熱，劣化環(huán)境條件。所以適當(dāng)采用密度小、熱導(dǎo)率低的輕質(zhì)材料作中間保溫層。一般窯墻的厚度為0.8?1.2m。
(2)燃燒室，簡(jiǎn)稱火箱。以液體燃料(重油)燒成的倒焰窯無(wú)需灰坑和爐箅;燃?xì)獾寡娓G可不設(shè)置燃燒室。以固體燃料(煤)燃燒必須皆有。髙溫階段的最大燃料消耗童為平均的1.2?1.6倍。目前多數(shù)倒焰窯為煙煤燃料燃燒，采用階梯爐箅或內(nèi)傾15°的梁狀爐箅。由于助燃一次空氣是由灰坑穿過(guò)爐箅進(jìn)人燃燒室的，所以爐箅上應(yīng)有一定的通風(fēng)面積。
(3)擋火墻。它的作用是使火焰具有一定的方向與流速，并防止部分煤灰污染制品。擋火墻髙度要合理選擇并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)整(一般為0.5~1m)，使得大部分火焰送到窯頂，小部分直接進(jìn)入窯的下部。
(4)噴火口。是擋火墻與燃燒室上部窯墻之間的空間。若其截面積過(guò)大，火焰噴出速度小，達(dá)不到窯頂?shù)闹行亩斐缮喜繙囟鹊汀⑾虏繙囟雀?。反之，噴火口太小，火焰噴出阻力大，容易將燃燒室耐火磚及爐箅燒壞。合理的截面積是爐箅水平面積的1/5?1/4。
(5)窯門。一般1~2個(gè)，用于裝卸制品。較大的窯門高、寬分別為1.8m和0.8m。
隧道窯的主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量大、燃料消耗低、熱效率高以及勞動(dòng)條件好，其缺點(diǎn)是基建投資大、熱工制度不易經(jīng)常調(diào)整、鋼材用量以及附屬設(shè)備較多，故多用于產(chǎn)量大、品種單一的制品。間歇窯主要包括倒焰窯、梭式窯、鐘罩窯、蒸籠窯等。具有熱工制度易調(diào)整、靈活性大、窯內(nèi)溫度分布均勾、基建投資少等特點(diǎn)。傳統(tǒng)倒焰窯由于砌筑蓄熱室熱量大，煙氣帶走熱量多，熱效率低，單位產(chǎn)品燃料消耗高，且裝窯出窯操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此這些窯爐常用于中小型工廠以及小批量、多品種制品的燒成。但自20世紀(jì)70年代后高級(jí)耐火材料的出現(xiàn)、高速燒嘴的應(yīng)用以及微處理機(jī)對(duì)窯溫、窯壓及氣氛的自動(dòng)控制，使得新型間歇窯比傳統(tǒng)間歇窯更具有高的熱效率、適應(yīng)性強(qiáng)、燒成時(shí)間短、勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)比較間歇窯和連續(xù)窯，了解和掌握砝酸鹽工業(yè)窯爐的典性與個(gè)性特點(diǎn)，以便我們根據(jù)實(shí)際工況運(yùn)用熱工原理知識(shí)，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和解決高溫工程問(wèn)題的基本技能。
隧道窯
1.1隧道窯分類
隧道窯有各種不同的分類方法，大致歸納為：
1.1.1? 按燒成溫度分
（1）低溫隧道窯(1000?1350℃);
（2）中溫隧道窯(1350?1550℃);
（3）高溫隧道窯(1550?1750℃);
（4）超高溫隧道窯(1750?1950℃);
1.1.2? 按燒成品種分
(1)耐火材料隧道窯;
(2)陶瓷隧道窯;
(3)紅磚隧道窯。
1.1.3? 按熱源分
(1)火焰隧道窯;
(2)電熱隧道窯。
1.1.4? 按火焰是否進(jìn)入隧道分
(1)明焰隧道窯;
(2)隔焰隧道窯;
(3)半隔焰隧道窯。
1.1.5? 按窯內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備分
(1)車式隧道窯;
(2)推板隧道窯;
(3)輥底隧道窯;
(4)輸送帶隧道窯;
(5)步進(jìn)式隧道窯;
(6)氣墊式隧道窯。
1.1.6? 按通道多少分
(1)單通道隧道窯;
(2)多通道隧道窯。
1.2工作系統(tǒng)
隧道窯因類似鐵路山洞的隧道而得名，目前多采用單通道明焰車式隧道窯，圖5-1所示為其中的一種系統(tǒng)圖。隧道窯屬于逆流操作的熱工設(shè)備，即窯車上的坯體，由推車機(jī)的推動(dòng)，在隧道內(nèi)與氣流依相反方向連續(xù)或間歇移動(dòng)，并完成預(yù)熱、燒成、冷卻過(guò)程。因此將隧道窯沿窯長(zhǎng)分為預(yù)熱、燒成、冷卻三帶。
窯車進(jìn)入預(yù)熱帶后，車上的坯體首先與來(lái)自燒成帶的燃料燃燒的煙氣接觸，并逐漸加熱;進(jìn)人燒成帶后，坯體借助燃料燃燒放出的大量熱量，達(dá)到所要求的最高燒成溫度，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保溫，坯體被焙燒成制品;高溫?zé)傻闹破愤M(jìn)人冷卻帶，與窯尾鼓人的大量冷空氣進(jìn)行熱交換，制品冷卻后被推出窯外。
被加熱的空氣一部分作為助燃空氣，送往燒成帶，另一部分抽出供坯體干燥或氣幕用。燃料在燒成帶燃燒后所產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓馗G內(nèi)通道流人預(yù)熱帶，在加熱坯體時(shí)本身被冷卻，最后自預(yù)熱帶排煙口、支煙道、主煙道經(jīng)排煙機(jī)、煙囪被排出。
從上述分析可以看出，制品與氣流按照逆流方向運(yùn)動(dòng)，熱量得到充分利用，因此熱效率較間歇窯爐高。
1.3隧道窯的規(guī)格
不同制品的隧道窯常見的規(guī)格有：
黏土磚(3萬(wàn)?3.5萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為41.8m、22.0m、37.4m。
高鋁磚(3.5萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為72m、24m、60.6m。
鎂質(zhì)制品(4萬(wàn)?4.5萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為72m、24m、60m。日用瓷(7x106t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為29.86m、26.47m、35.67m。
電瓷(還原焰)(562萬(wàn)t/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為38.52m、28.0m、50.07m。
衛(wèi)生瓷(隔焰)(2x105件/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為30m、22m、40m。
釉面磚釉燒(1.8X105m2/a):預(yù)熱帶、燒成帶、冷卻帶分別為13.47m、6.9m、13.51m。
1.4隧道窯溫度制度
合理而穩(wěn)定的熱工制度對(duì)所有的熱工設(shè)備都很重要。熱工制度主要包括溫度制度、壓力制度和氣氛制度。這些制度相互影響，且與窯車磚垛碼放及推車制度密切相關(guān)。
溫度制度是核心，對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量非常重要。其中燒成帶的溫度十分關(guān)鍵。影響溫度制度的因素有兩類:一類為工藝方面的，如原料、品種、配方、加工工藝各過(guò)程直至半成品的強(qiáng)度、水分、形狀等;另一類是窯爐方面的，如結(jié)構(gòu)、燃料種類及性能、空氣過(guò)剩系數(shù)、燃燒室和燒嘴的結(jié)構(gòu)，以及一次、二次空氣的比例及預(yù)熱溫度等。
實(shí)踐證明，沿窯車前進(jìn)方向要求考慮磚垛溫度的合理性，在預(yù)熱至燒成帶要求前部高后部低、上部高下部低、中間高兩邊低。造成預(yù)熱帶溫差形成的原因有:①熱氣體的浮升力;②負(fù)壓形成的冷熱氣體分層;③磚垛碼放不合理;④窯車蓄熱。
間歇窯
2.1工件原理
倒焰窯有圓窯與方窯(或矩形窯)之分，且多以容積大小進(jìn)行分類，也可以最高燒成溫度或焙燒品種來(lái)分類。倒焰窯的基本結(jié)構(gòu)大致相同，圖5-3所示為某圓窯的結(jié)構(gòu)圖。其工作原理為:將煤加人燃燒室2的爐箅上，一次助燃空氣由燃燒室下面的灰坑穿過(guò)爐箅，通過(guò)煤層并使之燃燒。燃燒產(chǎn)物自噴火口噴至窯頂，再自窯頂經(jīng)過(guò)坯體倒流至窯底，經(jīng)吸火孔5、支煙道6及主煙道7流向煙囪底部，最后由煙囪排出。坯體自裝好至燒成出窯前一直停在窯內(nèi)。因火焰在窯內(nèi)倒流，故稱倒焰窯。煙氣流經(jīng)坯體，以對(duì)流和輻射將熱董傳給坯體。
2.2倒焰窯結(jié)構(gòu)
2.2.1? 倒焰窯容積
決定倒焰窯容積大小的是產(chǎn)量，同時(shí)相對(duì)單位制品的能耗也小，但是容積過(guò)大，火焰達(dá)不到窯的中心位置，導(dǎo)致窯溫不均，廢品或欠燒品增加。故根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品對(duì)溫度均勻性的要求、勞動(dòng)組織條件、投資大小來(lái)決定倒焰窯的體積。
窯的容積計(jì)算分成兩部分，即拱頂部分與拱頂以下的窯墻部分，后者計(jì)算簡(jiǎn)單。圓窯頂部容積及其表面積可按下式計(jì)算：
我國(guó)倒焰窯的設(shè)計(jì)系列為30m3、50m3、80m3、100m3、150m3、270m3等。陶瓷用工業(yè)窯爐的容積多為100m3。決定倒焰窯窯髙的因素是制品在燒成過(guò)程中所允許的負(fù)荷，即髙溫荷重;沿窯高溫度分布的均勻性;是否方便裝卸制品等。由于“倒焰”使得窯內(nèi)上下溫差較小，故其高度可比隧道窯高些。但不能太髙(考慮裝卸問(wèn)題和溫差問(wèn)題)，一般耐火材料的倒焰窯窯高為2.5?4.0m,圓窯的拱高一般為直徑的1/6?1/4。
窯的直徑是根據(jù)窯的橫截面上溫度均勻性來(lái)決定的?；鹧嬗蓢娀鹂趪姵龊罂刂频木嚯x為3m，燒無(wú)煙煤時(shí)控制的距離為2m，所以窯的直徑一般為5?8m。
2.2.2? 窯體結(jié)構(gòu)
(1)窯體。由窯墻與窯頂構(gòu)成。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮足夠的機(jī)械強(qiáng)度以及蓄熱和散熱問(wèn)題。在焙燒時(shí)砌體所蓄積的熱童占總耗量的10%?15%，往往是外表面向外界散失熱量的數(shù)倍。若厚度過(guò)薄，增加散熱，劣化環(huán)境條件。所以適當(dāng)采用密度小、熱導(dǎo)率低的輕質(zhì)材料作中間保溫層。一般窯墻的厚度為0.8?1.2m。
(2)燃燒室，簡(jiǎn)稱火箱。以液體燃料(重油)燒成的倒焰窯無(wú)需灰坑和爐箅;燃?xì)獾寡娓G可不設(shè)置燃燒室。以固體燃料(煤)燃燒必須皆有。髙溫階段的最大燃料消耗童為平均的1.2?1.6倍。目前多數(shù)倒焰窯為煙煤燃料燃燒，采用階梯爐箅或內(nèi)傾15°的梁狀爐箅。由于助燃一次空氣是由灰坑穿過(guò)爐箅進(jìn)人燃燒室的，所以爐箅上應(yīng)有一定的通風(fēng)面積。
(3)擋火墻。它的作用是使火焰具有一定的方向與流速，并防止部分煤灰污染制品。擋火墻髙度要合理選擇并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)整(一般為0.5~1m)，使得大部分火焰送到窯頂，小部分直接進(jìn)入窯的下部。
(4)噴火口。是擋火墻與燃燒室上部窯墻之間的空間。若其截面積過(guò)大，火焰噴出速度小，達(dá)不到窯頂?shù)闹行亩斐缮喜繙囟鹊汀⑾虏繙囟雀?。反之，噴火口太小，火焰噴出阻力大，容易將燃燒室耐火磚及爐箅燒壞。合理的截面積是爐箅水平面積的1/5?1/4。
(5)窯門。一般1~2個(gè)，用于裝卸制品。較大的窯門高、寬分別為1.8m和0.8m。
