隧道窑PPT课件113

1、陶瓷工业窑炉（1）,连续式窑炉,2,1 隧道窑的定义和分类（了解） 2 隧道窑的工作原理（理解） 3 隧道窑的热工制度（重点掌握） 4 隧道窑的构造（了解）,陶 瓷,建材,耐火材料,窑具材料,新型无机非金属材料-结构陶瓷,陶瓷护甲 Al2O3,陶瓷刀具 ZrO2,陶瓷轴承 Si3N4,新型无机非金属材料-生物陶瓷,人造髋关节 Al2O3,假牙 ZrO2,陶瓷人造心脏瓣膜,陶瓷： 配料-成型-烧成,热工过程,连续式（陶瓷）窑炉,预热带,烧成带,冷却带,热工过程,间歇式（陶瓷）窑炉,返回,陶瓷窑炉,隧道窑,陶瓷窑炉,辊道窑,倒焰窑,陶瓷窑炉,陶瓷窑炉,梭式窑,1.隧道窑的定义与分类,隧道窑是由耐火

2、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。 隧道窑工作时，运载工具(窑车)上装载有待烧的制品，随运载工具从隧道窑的一端(窑头)进入，在窑内完成制品的烧制以后，从隧道窑的另一端(窑尾)随运载工具(窑车等)输出，而后卸下烧制好的产品，卸空的运载工具(窑车)返回窑头继续装载新的坯体后再入窑内煅烧。,（用于大规模的生产卫生洁具制品和较大的坯件）,1.1 隧道窑的定义,广东潮州麦氏洋行（潮安）陶艺有限公司48m轻型还原焰隧道窑,河北华玉股份有限公司78m日用瓷宽断面明焰隧道窑,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(10

3、001350)； （2）中温隧道窑(13501550)； （3）高温隧道窑(15501750)； （4）超高温隧道窑(17501950)。,1.2 隧道窑的分类,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。,1.2 隧道窑的分类,5按窑内运输设备可分为： （1）车式隧道窑； （2）推板隧道窑； （3）辊底隧道窑； （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

4、）单通道隧道窑； （2）多通道隧道窑,1.2 隧道窑的分类,（1）连续性生产，产量大； （2）工作制度稳定，成品率较高； （3）结构复杂，占地面积大，投资大； （4）能耗低，制品烧成周期短，总成本低； （5）产品适应性差。,1.3 隧道窑的特点,2.1粘土质陶瓷的烧成过程发生的物理化学变化：9阶段,1）20200，排除残余水。 入窑水分要求：1%，快烧0.5%；升温速度：2035/h 2）200500，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，4050/hr 3）500700，石英晶型转化。 573 时由SiO2转变成SiO2，体积膨胀，易变形开裂，升温 应慢，升温速度：2

5、030/hr 。 4）7001050，氧化阶段。 进行氧化反应和分解反应。硫化铁、有机物氧化，碳酸盐、硫酸盐、氢氧化铁分解，放出SO2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：O245%，CO1%,2.隧道窑的工作原理,5）10501200，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，CO24%； 保证时间，以利于还原反应进行彻底。 6）1

6、200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（12小时），进行高火保温。 要求：升温速度1030/hr，CO1%， 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）700400，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：8090/hr。 9）40080，快冷阶段。 此时制品强度大，可直接鼓冷风快速冷却。,烧成(工艺)过程 1. 20200阶段： 排除残余水分 2. 200500阶段： 排除

7、结构水 3. 500600阶段： 石英晶型转变 4. 6001050阶段： 氧化阶段 5. 10501200阶段：还原阶段 6. 12001300阶段：烧结阶段 7. 1300700阶段： 急冷段 8. 700400阶段： 缓冷段 9. 40080阶段： 急冷段,预热 (20-900),烧成 (900-1300),冷却 (1300-80),2.2 隧道窑的分带,三带：预热带、烧成带、冷却带,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900 烧成带的温度范围：900最高温度 冷却带的温度范围：最高温度 制品

8、出窑温度,图1-1 隧道窑工作原理图,2.3 隧道窑的工作原理图,窑内气体运动,窑内传热,对流 辐射,辐射 对流,对流,温度制度、压力制度、烧成气氛,图1-18,3.隧道窑的热工制度,1.温度制度： 1)各阶段应有一定的升、降温速度 2)在适宜的温度下应有一定的保温时间，使温度趋于一致。,预热带的温度控制 目的：保证所焙烧的制品按照升温曲线的要求均匀地加热升温。 温度检测：窑头、预热带中部(约500)、预热带末端(900) ； 控制手段：调节排烟总闸板、各支排烟道闸板以及各种气幕,烧成带的温度控制： 主要控制实际燃烧温度和最高温度点温度。 火焰温度应高于制品烧成温度50-100。火焰温度的控制

9、是调节单位时间内燃料的消耗量和助燃空气的配比。单位时间内燃烧的燃料量多而空气配比又恰当，则火焰温度高。 燃料燃烧后喷出的烟气有扰动作用(尤其是使用高速调温烧嘴时)，所以烧成带内的温度分布是较为均匀的，即断面上的上、下温度差不大。,冷却带的温度控制 在700以前可以急冷，依靠急冷阻挡气幕喷入的冷空气将产品急冷。而对于一些裸烧的大件产品，为了避免冷风喷人不均匀而会引起产品的炸裂问题，可考虑抽出200 以下的热空气作为急冷气幕。 自700400为缓冷阶段，这一冷却段由于有晶型转变，要掌握合适的冷却速度， 400以后可以快速冷却至80左右出窑。在窑尾可以直接鼓入冷风。,预热带温差产生的原因及消除措施：

10、,窑车蓄热 砖垛码放不合理,原因： 偏流现象：窑内热气流在上部流动，流速大于底部流速,负压造成冷热气体分层：负压导致冷空气从窑体不严密处漏入窑内，并向下流动,消除预热带温差的措施：,窑底均压平衡 （窑车上下压力平衡，避免冷热气体分层-主要措施） 措施：分段抽鼓风，多挡板,图1-19,加强密封（砂封、曲封、取消窑底检查廊）,设置窑顶气幕：一定压力的气体由气幕砖的喷射通道，与窑内气流成一角度喷出，在顶部形成一道道气幕。,图1-20,耐热风机把预热带的热气体由窑顶小孔抽出，通过窑顶、窑墙通道送入窑内； 喷射器将窑内砖垛下部的气体引射到窑内上部，形成窑内上下气流循环。,窑内横向循环,增热循环： 排烟孔

11、抽出的烟气与增热炉出来的烟气混合后，从窑顶重新送入窑内各砖垛间，使烟气上下循环，可以加快对流换热，降低上下温差。,辅助烧嘴 （预热带安装高速烧嘴，耐火材料窑炉很少用）,改进窑的结构 （低、宽、短方向发展）,图1-23,2.压力制度（压力曲线）,沿隧道窑长度方向压力（静压）分布的规律。压力制度是为了保证温度制度和气氛制度的实现。理想的状况为窑内零压左右。,隧道窑内压力分布特点： 预热带负压； 冷却带正压 烧成带微正压； 预热带靠近烧成带“零压”,压力的检测与控制: 一般采用膜盒压力表或微差压变送器检测压力，组成单回路控制系统，改变排烟机的转速以改变排烟量，从而保证零压面的位置。,窑内压力制度的变

12、化因素： 推车间隔时间的改变、装窑密度的改变、各种气流的流量、压强的变化等，使零压位改变,压力制度的调节,A.预热带负压和冷却带正压绝对值大小的调节： 低压操作 B.零压位的调节：零压位的位置，通过调节烟道闸板来控制,3.烧成气氛,=V/V0 氧化气氛空气过剩系数1 ，火焰短，冲击力强，温度高。 中性气氛空气过剩系数=1，火焰温度高，但难控制。 还原气氛空气过剩系数 1，火焰温度低，长且柔和。 烧成气氛由所烧制品的种类决定。多数制品采用弱氧化或弱还原性气氛。 气氛的控制 一般采用气体分析仪进行气体成分分析，控制回路一般为单回路控制系统，控制对象一般为烧嘴助燃风量的大小。,断面尺寸与长度 窑顶结

13、构 窑墙结构 隧道窑预热带结构 隧道窑烧成带结构 隧道窑冷却带结构 隧道窑窑体与窑车密封结构,图1-5,图1-5 半椭圆型拱顶,车台平面,4.隧道窑的结构,1、断面尺寸与长度,长度L= 预热带长度L1 + 烧成带长度L2 + 冷却带长度L3,窑的长度主要取决于制品的烧成制度及产量大小。此外，应考虑投资、燃耗、窑的热工特性等。,1.预热带长度应根据排出废气温度来确定，废气离开排烟机温度应低于250；2. 烧成带长度根据保温时间来确定3.冷却带长度根据出窑制品的温度来确定，一般应低于100,窑的各带长度确定的一般原则：,高度砖坯在烧成过程中的特性（制品的烧成温度与荷软温度。如：镁砖，1m左右，硅砖

14、，1.51.9m ）、允许的上下温差。 跨度产量、燃烧方式、燃烧器的类型 跨度大，产量大； 顶烧式、底烧式跨度可以较大； 使用高速烧嘴跨度可以较大, 隧道窑的高度与跨度,2. 窑顶结构,要求：材质应长期承受高温作用（特别是烧成带）、重量轻、保温性好，其结构严密，不漏气，并有利于窑内气流的合理分布。 结构形式：拱顶、平吊顶、吊拱 2-1. 拱顶：顶拱的中心角一般6090。 太大、太小都不利,拱顶自重产生的横向推力F：,图1-4 拱顶自重横向推力分析,K温度应力系数 Q拱顶荷重，N/cm 拱的中心角,与一般共拱顶相比的特点： 横推力小，拱下空间小，便于气流合理分布。,图1-5 半椭圆型拱顶,车台平

15、面,“双心拱”与“三心拱”顶结构,2-2. 平吊顶,优点：窑顶不易下沉，砖垛与窑顶间的空隙小，有利于气流的合理分布。便于码砖。 缺点：钢材用量大；气密性差。,2-3. 吊拱顶：,图1-7,2-4. 双层拱顶：,图1-8,3. 窑墙结构,要求：耐高温、有一定的强度，保温性能好。 耐火材料+保温材料组成。 材质组成与厚度：用正交法，通过传热计算来确定，并取经济厚度。 经济厚度：年均费用（保温层投资费+保温层砌筑费+散热损失费）最低的厚度。,1年均总费用（1=2+3+4）； 2 窑墙散热年均损失 费用； 3 年均消费的保温层 投资费用； 4 保温层砌筑维修年 均费用,图1-9,4. 各带的结构,4-

16、1.预热带：排烟装置；气幕装置 4-2.烧成带：燃烧室； 燃料、一次空气输送装置 4-3. 冷却带：抽热风装置、送冷却风装置,4-1-1.预热带排烟装置：,两侧墙靠近车台平面处设有排烟孔。排烟孔的多少、数量由隧道窑 的类型决定。 图1-1,排烟方式： 地下烟道排烟： 图1-10 金属烟道排烟： 图1-11 窑墙内烟道排烟(窑顶排烟）： 图1-12,图1-10,地下烟道排烟： 所有烟道均埋设于底下，钢材用量少，窑体美观； 土方工程大，不适用于地下水位较高的地区。,图1-11 金属烟道排烟,窑墙金属烟道排烟： 钢材用量大，窑墙结构简单,图1-12 窑墙内烟道排烟,窑墙内烟道排烟 （窑顶排烟）： 窑

17、墙结构复杂。,工作条件：高温、气流冲刷、承受窑墙重量。 结构：拱顶或双层拱顶，气密性好 材质：耐高温、高强度、抗热震，荷软温度高 多数窑炉的损毁主要是燃烧室的损毁。 目前，一些隧道窑，特别是高温窑炉取消了侧墙燃烧室，将烧嘴直接插入窑内，火焰直接在砖垛间隙燃烧。,4-2-1. 烧成带侧墙燃烧室,概念： 一次空气：通过烧嘴直接进入燃烧室（或直接进入窑内空间）与燃料混合燃烧的空气。它可以是冷却带抽出的多余热风，可以是冷空气。 二次空气：在冷却带吹入的冷风的一部分，流到烧成带，与燃料混合燃烧。,4-2-2. 烧成带一次空气送风装置,一次空气送风装置：风机、喷射器,一次空气为冷空气时： 冷空气通风机空气

18、管道烧嘴。 一次空气为热风时： 冷却带的多余热风耐热风机管道烧嘴；或冷却带热风喷射器（窑两侧）窑两侧气道烧嘴（抽出空气温度可达9501000）,位置：不宜太靠近烧成带，易引起烟气倒流。 抽出风温以400左右为宜。 大型窑距烧成带不小于3个车位（9米），小型窑不小于4个车位（8.8米）。 烧成带有喷射器装置时，抽热风孔的位置与喷射器的距离大型窑一般不小于3个车位。 数量：一般23对，孔口的实际流速46m/s.,4-3-1. 冷却带抽热风装置,图1-14,冷却方式：分散送冷风、集中送冷风 位置与数量：集中冷却 靠窑门两侧应设置集中送风孔1对； 送风孔的数量一般35对，均匀布置在最后一个车位。 对有

19、分散送风装置的，集中送风孔数量一般2 3对。 分散冷却根据窑冷却带的长短而定。一般5对以上。,4-3-2. 冷却带送冷风装置,图1-15 集中送风装置 1窑顶送风装置；2窑两侧送风孔,由车架、窑车衬砖、裙板组成 车架：金属支架，由型钢铆接或焊接而成，或由铸铁做成。 裙板：铸铁件。 窑车衬砖：承重、承受高温及温度的变化。由耐火材料+保温材料构成或由耐火混凝土预制块构成。影响窑车的蓄热量，从而影响窑炉的能耗；影响窑内的温度分布。,5-1窑车的结构,5. 窑体的密封结构,窑车的结构 窑车与窑墙间的密封（曲封与砂封） 窑车与窑车间的密封（曲封） 窑内压力平衡系统密封（压力制度）,5-2. 窑内曲封结构

20、,5-3. 窑内砂封结构,窑砂：三种不同的粒度组成，小粒度量25%。 砂封槽：等边角钢 溜砂管：钢板焊接,窑砂加砂孔溜砂管砂封槽,窑墙与窑车间的曲折封闭,窑车与窑车之间的曲折密封,裙板,加砂口,窑车与窑车间的密封,气幕循环搅动装置,作用 克服预热带气体分层，保证温度制度及气氛制度的实现。 1、封闭气幕 设置 在窑头或窑尾的窑墙、窑顶设置分散垂直小孔或与窑车方向成45夹角的狭缝，气体喷入形成12Pa的正压，防止气体漏入（出）窑。 风源 车下抽热风，冷却带抽热风或分流部分烟气入窑头。 作用 防止冷风漏入窑内； 减少上下温差； 减少排烟设备的负荷。,2、搅动与循环气幕 1）搅动气幕 设置 预热带可设

21、置23道，以一定角度（逆烟气方向成90、120或180）喷入，使气体激烈搅动，减小上下温差，达到快速烧成。 风源 烧成带双层拱内热风，冷却带抽热风。喷出速度10m/s。 因热气体温度低，流速小，效果不够理想，现代隧道窑多用高速调温烧嘴代替搅动气幕。其喷出速度超过100m/s，且温度可任意调节，效果好。 2）循环气幕 在窑墙窑顶设置轴流见机或喷射泵，利用负压循环上下气体，减少气体分层，均匀窑温。,上风下嘴结构,以上两种结构多为传统隧道窑所采用，现代隧道窑通过高速调温烧嘴的应用等，已大大减小了窑内温差的问题。 即使是在温度较低的预热带，也是通过在底部加高速烧嘴，上部加冷风喷管的手段使窑内温度趋于均

22、匀。 燃气窑炉,3、气氛气幕 设置 9001050位置，23道，顶多孔或狭缝送风，或顶、墙多孔同时送风，风温600800 ，1.21.5，风量适中。 作用 10501200 的还原焰中含有大量CO、C、H2等可燃物，影响1050 以前的氧化焰性，并与O2反应，使降低，氧化效果减弱，易产生坯泡，气氛气幕中的O2与CO、H2、C等反应，阻挡其进入氧化阶段，保证气氛转换。 气源 1）冷却带抽600800 热风； 2）从窑墙、顶间壁抽间壁冷却风，经烧成带加热后送入。,4、急冷阻挡气幕 作用 1）急冷作用，使产品快速冷却，缩短烧成时间，提高产品质量； 2）阻挡作用，阻挡烧成带烟气倒流，避免产品烟熏，避免

23、冷却带气体进入烧成带，降低烧成带温度。 设置 冷风或低温直接送入，窑墙、顶设置多个小孔，垂直窑墙喷入料垛间隙，下部温度高，可在窑车近台面处设置大些的小孔。 其结构如图所示,隧道窑的分带,预热带预热过程：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。 烧成带烧成过程：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。 冷却带冷却过程：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。,隧道窑工作流程,隧道窑的结构,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

24、系统：包括燃料输送管道、燃料预热、燃烧器等。 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。,气幕,概念：气幕是指在隧道窑横截面上，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。 气幕分类：（按照其在窑上作用和要求的不同分） 窑头-封闭气幕 预热带-循环搅动气幕 烧成带-氧化气氛幕 冷却带-急冷阻挡气幕,窑体结构示意图,尾部冷风,烟囱,急冷风机,出车,送干或助燃,预热带结构示意图,烧成带结构示意图,燃烧室,零压检测点,氧化气氛幕,还原气氛幕,急冷气幕,事故处理孔,事故处理孔,坑道,冷却带结构示意图,急冷气幕,热风道,坑道,热风抽出口,尾部冷风入

25、口,其它隧道窑,一、隔焰隧道窑 1、概念 用隔焰板将燃烧产物与制品隔开，借隔焰板的辐射传热使制品烧成的隧道窑称隔焰隧道窑。火焰在隔焰道内，制品在隧道窑内且不与火焰接触，不用装匣钵。 2、分类 单隔焰道；多隔焰道 3、工作原理 与明焰窑相似，亦分为三带，产品入窑后即被烧成带来的空气预热，并受隔焰板的辐射加热，到烧成带过最高温度，保温后进入冷却带，烟气则在隔焰道内从烧成带向预热带流动，经换热器换热后排出窑外，冷却系统多以间接冷却为主，冷风进入间壁、双层拱或金属排管等进行间接冷却。预热带应设置排湿孔，窑头须用气幕封闭，隔焰道一般只在二侧墙设置，窑顶一般不设，以减小上下温差。烧嘴一般与隔焰道成一角度，

26、以减小对隔焰板的冲击。,4、隔焰板 要求：导热性好；耐火度高；强度大 常用材质： SiC质，3065mm厚，高温抗氧化性能差； 耐热钢板或铸铁板，用于低温区； 镁铝质砖，导热系数小，但寿命长，常用于上火道。 SiC导热系数比一般材质大510倍，达710W/m，且强度大，耐火度高，达1600 ，但1000 左右易氧化，降低了SiC的使用寿命。 形状： 单板型、双壁型、标准型与盒子型。如图示。,5、隔焰窑的优缺点 1）优点 以固体辐射传热为主，传热快，温差小； 不装匣钵，烧成周期短，产品质量好； 可烧劣质燃料。 2）缺点 烧成温度低 不能烧还原气氛； 废气离窑温度高，须进行换热； 隔焰板材质要求高

27、； 结构复杂，维修不便。,辊道窑简介,辊道窑连续烧成的窑，以转动的辊棒作为坯体运载工具的隧道窑。用许多平行排列转动的辊棒组成的辊道来代替窑车，陶瓷产品靠辊棒的转动使陶瓷从窑头传送到窑尾，故而称为辊道窑。 坯体可以直接放在辊道上，也可以放在垫板上,由传动系统使辊棒转动，被烧制的坯体向前移动，经预热带、烧成带和冷却带冷却后出窑。,广东省蒙娜丽萨陶瓷有限公司 150m抛光砖辊道窑,（1）辊道窑的分类,1）按辊道窑所用的热源分： （油、气、电等） 2）按辊道窑的烧成温度分： （低温、中温、高温辊道窑等） 3）按辊道窑的通道数分： （单层、双层、多层辊道窑等） 辊道窑属于逆流操作的热工设备，坯体在窑内与气流运动方向相反。,辊道窑的结构,广东简一陶瓷有限公司，日产10000m2辊道窑,（）产品烧成部分窑体： 包括窑墙、窑顶、窑底、事故处理孔、工作通道的档墙结构、膨胀缝、测温孔与观察孔；是辊道窑系统的主要部分，窑体上设有各种气流进出口； （）钢架结构：由角钢、槽钢或方形钢管组成； （