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  • 環形旋轉式隧道窯的結構原理及工作系統

    發布時間:2019-11-23

    隧道窯是燒結磚瓦工業最主要的一種連續式燒成設備,近年來,采用高效節能的隧道窯成爲磚瓦工業節能的主要措施之一。

    一、隧道窯型式及結構

    隧道窯,顧名思義,是形狀類似于隧道的窯,其主體爲各種建築材料、耐火材料、保溫材料砌築構成的密封的、能夠經受高溫烘烤的隧道,磚瓦坯體在窯車上依次通過隧道,同時在適宜的熱工制度下加熱、焙燒、冷卻,最終獲得性能穩定的磚瓦制品。

    1.隧道窯型式

    燒磚隧道窯經曆幾十年的發展,出現過好多形式的窯型,各種窯型都具備自身的特點和優勢。根據原料性能,從工藝上一般把燒結磚瓦的隧道窯分爲兩類,一類是一次碼燒隧道窯,另一類爲二次碼燒隧道窯。

    (1)一次碼燒隧道窯

    所谓一次码烧隧道窑,就是将湿磚坯一次码到隧道窑的窑车上,窑车依次经过隧道干燥室和焙烧窑,完成磚坯的干燥、烧成两个生产环节,中间再不需要二次码运。

    早期的一次碼燒隧道窯是由隧道幹燥室衍變而來,其斷面小,長度短,産量小,多條組成一組。由于該種隧道窯的投資相對較小,使用設備簡單,功率消耗較少,在上世紀五、六十年代有一定的市場。但這種窯生産過程不太穩定,操作難于掌握,生産出的産品質量不太好,成品率不高,現在已經很少使用。

    近幾年,隧道窯一次碼燒技術在新建磚瓦企業得到了廣泛的應用,但這時的一次碼燒窯和原來的一次碼燒隧道窯已不可同日而語,有了很大的變化。這不僅依靠碼車設備的技術進步。也是隧道窯測控技術和燒成技術提高的表現。

    一次碼燒隧逍窯常用的有兩種方式,一種是隧道窯和隧道幹操室結構完全分開,二者可以“一”字型布置,也可以平行布置,窯車憑借運轉系統連續進出幹燥室和隧道窯。另一種是幹燥和燒成共用一條隧道,二者結構是一體的,窯上設幹燥和燒成兩套工作系統,在適當的部位用氣流或門將幹燥段和燒成段分開。

    (2)二次碼燒隧道窯

    二次码烧隧道窑是成型的湿坯先进行干燥,干燥好的干磚坯再码到窑车上进行烧成。湿坯干燥采用小断面隧道干燥室或其他干燥方法。干燥时要码一次湿坯,干燥好后干坯需要再次码放到窑车上。

    一次码烧和二次码是根椐原料的干燥性能确定的工艺方案。对于焙烧窑而言,二者的结构,使用性能、投资、生产消耗、生产质量不会受两种工艺的影响。二者的最大区别在于,二次码烧时隧道窑的码坯高度可以比一次码烧隧道窑高。这是因为码到窑车上的都是干磚坯,干磚坯的强度远远大于湿坯强度,不存在坯垛底部磚坯被压变形的情况。

    2.隧道窯的結構

    隧道窯像一條長的隧道,兩側和上面有固定的牆壁和窯頂,窯內鋪軌道。

    (1)窯長和斷面尺寸

    隧道窯的長度、高度和寬度是多種多樣的。其數值大小要根據所燒制品原料的性能確定。

    隧道窑的长度主要取决于磚坯的烧成制度、产量以及产品规格形状等因素,而烧成制度主要取决干坯体在烧成过程中的物理变化、化学变化、物理化学变化以及矿化学变化如用高热值煤矸石做原料生产全煤矸石砖时。由于其中含有太多的热量,往往在短时间内不能达到完全燃烧,致使磚坯内部烧不透,因而通常会适当地延长烧成带,使矸石有足够的时间燃烧。所以,煤矸石砖的隧道窑一般较长。粘土、页岩和粉煤灰砖的窑长相对要短一些。

    隧道窯的長度和燒成制品的形狀、厚薄有關,大型異型制品、較厚的制品升溫和冷卻都不能太快,窯宜長些。

    隧道窯要根據上述因素確定適宜的長度。短而較寬的窯投資少,散熱損失少。窯內阻力小,可減少漏氣和降低排煙風機的動力消耗。但是,如果窯太短,可能排出廢氣的溫度太高。容易損壞排煙風機並造成較大的熱雖損失。預熱帶太短後,剛進窯的磚壞就遇到高溫氣體,容易使坯體升溫過快而炸裂,冷卻帶太短,會造成冷卻效果差,制品出窯溫度高。卸磚條件惡劣。而且增加制品帶出窯的熱能量損失較大。如果增加冷卻帶的進風,雖然冷卻效果有所改善,但可能使磚冷卻過快,出現冷卻裂紋,甚至影響燒成帶的長度,使窯燒成制度發生偏移。

    隧道窯的寬度與窯的産量有很大關系,産量隨著窯寬度的增加而提高按照寬度的不同,燒結磚瓦的隧道窯一般分爲小斷面、中斷面、大斷而、超大斷面這四類,小斷面隧道窯一般指窯內寬爲3m~3.6m的燒磚隧道窯,中斷面指內寬3.6m~4.6m的燒磚隧道窯,大斷面指內寬4.6m~6.9m的燒磚隧道窯,超大斷面指內寬6.9m~10m的燒磚隧道窯:要確定隧道窯的寬度,應根據産量、燃料種類、生産方式等諸多因素考慮。

    隧道窑的内高主要取决于磚坯在烧成过程中的特性。湿磚坯的特性及允许的上下温差,即原料的烧成温度范围原料的烧成温度范围越窄,要求隧道窑内的温度越均匀,窑内上下温差应该越小。砖垛高度不宜太高通常窑内坯垛的高度在1米左右较为适宜。窑的高度增加,致使上下温差加大,特别当采用热值高、单位热值燃烧产物少的燃料时,应适当地降低窑的高度以改善窑内气流分布,降低温差。内高还与坯体的烧成收缩率有很大的关系,收缩率越大,坯体允许码的卨度越低,内高就越小,反之亦然。

    近幾年,高度爲1.2m~1.4m、寬度爲4.6m、6.9m的隧道窯在磚瓦企業得到廣泛應用,取得了較好的效果,窯內溫度分布均勻。燒成速度快,燒成制品的質量均勻、穩定:這些窯有一個共同的特點是“高寬比”較原來的隧道窯要小很多,僅爲老式隧道窯高寬比的1/3~1/5。研究表明。隧道窯的高寬比越小,窯內溫度分布越均勻,上下溫差越小,越有利于産品的燒成。一般情況下,要求燒成磚隧道窯的高寬比不能大于0.5。而且高寬比越小越好。

    (2)窯牆

    窑墙的作用有三方面:①与窑顶一起,将焙烧空间与外界隔开;②支撑窑顶;③保温隔热。隧道窑是一个高温作业的设备,窑墙内壁接触热气体,温度与制品温度相近,外壁接触大气,温度与大气温度相近,内外温差很大,因此窑墙必须具有很好的耐热性和保温隔热性,隔绝窑道内的热量通过窑墙散失。窑墙支撑窑顶,因而要具有一定的强度,能承受一定的荷载,保证 结构的稳固。

    窑墙通常由三层组成,最里层是与高温接触的工作层,常用耐火材料砌筑,根据窯爐烧成温度,确定使用耐火材料的材质、等级、品种规格。中间是保温层,由各种轻质保温材料构成,所选用的轻质保温材料既要绝热保温,又要保持长期安全使用而不损坏。最外层是维护层,用建筑砖砌筑,用以保护轻质保温材料不损坏。外墙可以用薄金属板围护,使窯體更加美观。

    隧道窯的窯牆厚度是根據使用溫度和砌築要求來決定的。窯內預熱帶和冷卻帶的溫度稍低,窯牆厚度可以稍微薄一些,燒成帶和靠近燒成帶的預熱帶及冷卻帶始段則宜用較厚的窯牆。

    材料保溫性能越好,保溫層就可以越薄,保溫性能越差,保溫層就越厚,當選定的材料一定時,保溫層的厚度對窯牆保溫性能起決定性作用。窯牆溫好,散熱損失小,但會增加建設投資。窯牆的厚度應根據最高燒成溫度計算確定。

    (3)窯頂

    窑顶是隧道窑窯體的重要组成部分,它对于窑的寿命有决定性影响。窑顶支撑在窑墙上,窑顶材料必须能长期承受高温的作用,且质量小、保温性能好,经久耐用。窑顶结构应严密不漏气并有利于窑内气流的合理分布。

    隧道窯的窯頂結構通常有三種形式拱頂、吊平頂和吊拱頂。

    ①拱頂

    窯頂爲拱頂結構的隧道窯,其結構形式如圖1所示。拱頂及其以上的保溫材料通過拱腳磚架設在窯牆上,拱腳磚兩邊的窯牆上安設有拱腳梁。以承受拱頂所産生的橫向推力。窯牆外設有護爐柱,通過上、下拉杆拉緊,使窯頂和窯牆成爲一個整體。爲了節約建窯的資金,有的隧道窯采用外斜牆承載的方法,拱頂所産生的橫向推力全部由外斜牆承擔,窯頂和窯牆用磚砌成一個整體。

    ? ? 拱顶依拱心角分为60°拱、90°拱和180°拱,拱越高,横推力越小,拱顶越稳定,但是隧道窑内气体为平流,热气体要向上流动,造成窑上部和下部温度不均匀,这是拱顶窑最根本的缺陷,拱越高,拱顶与坯垛之间形成的空隙也越大,气体流动的阻力越小,越易造成气体分层,使上部温度高,下部温度低,使窑上部和下部温差大,所以从结构来讲,窑拱越高越好,但是从窑内温度的均匀性来说,希望拱越小越好,最好是平顶。

    ? ? 常见的还有两种异型拱:双心拱和三心拱。双心拱拱顶由两个半弧构成,拱心交错。三心拱有三段圆弧拱组成,每段各一个圆心。这两种拱拱下面积比半圆拱小,利于制品的烧成,但是这两种拱对 的要求比较高,如果施工不当,导致拱变形后,拱的横向推力就比较大,且中部较平坦的拱顶会出现下陷的情况。施工时一定要按照设计要求和施工规范进行施工。

    窯頂所用材料與窯牆相同,內襯耐火磚,中間保溫材料,上面紅磚鋪平。窯頂選型砌築時需考慮以下條件:a、結構好、不漏氣,堅固耐用;b、質量小,減輕窯牆負荷;c、橫推力小,少用鋼材;d、盡量減少窯內氣體分層。

    ②吊平頂

    ? ? 吊平顶是针对大、中断面隧道窑自国外引进消化的技术,近年来已得到广泛的应用。由于窑顶是平的,消除了隧道窑最根本的缺陷——窑内断面上下温度不均匀。

    ? ? 所谓吊平顶就是窑顶砖或构件通过吊挂机构吊在隧道窑顶上面的钢梁或混凝土梁上。吊挂的方法有两种,一种是两块大吊砖之间夹数块小吊砖,大小吊砖之间凹进和凸出的部分互相胶合形成一个整体,通过金属吊杆悬挂于梁上。另一种为窑顶上的砖或构件都作成相同的规格尺寸,每块砖或构件上都设置吊挂机构。每一块砖都被吊在窑顶上面的梁上。即使某一块砖或构件出现破损问题也不会影响其他砖或构件的吊挂,吊平顶隧道窑的吊挂方式如图2所示。吊平顶隧道窑窑顶不易下沉,顶面平整度好。窑墙和窑顶之间用耐高温保温材料填充,窑墙所受负荷很小,有利于延长窯體寿命。平顶结构便于机械化码砖,砖垛和窑顶之间的间隙较小,有利于气流在窑内的合理分布,对制品的烧成有较大好处。

    ? ? 吊平顶隧道窑与拱顶隧道窑比起来,消耗钢材量较大,建设投资相对较多。

    ③吊拱頂

    ? ? 对于宽度较大的拱顶隧道窑,为了减轻拱顶对窑墙的水平(横向推力)推力,提高窯爐的安全性能,延长窯體使用寿命,可以采用吊拱顶的结构形式。大吊砖通过吊杆吊挂在钢梁或混凝土梁上,大吊砖和小吊砖之间通过销钉联结使其连成一个整体。各吊挂点的大吊砖的数目可以为1~2块,但中心吊挂点的大吊砖应在三块以上, 有利于吊挂。

    考虑到隧道窑的窑顶在正常工作温度下的膨胀,砌筑时所用泥浆在高温作用下应该有一定的收缩,如果泥浆的收缩值较小,施工时可在砖与砖之间夹入纸板。此外,为保证窯體的严密性和整体性,砌筑时也可以在拱顶砖之间加入0.5mm的铁板,使整个窑顶在工作温度下烧成一个整体。

    (4)排煙系統結構

    ? ? 在烧成带产生的燃烧废气,经过预热带窑墙上的排烟口排出窑外,排烟口设在两侧窑墙上靠近窑车面处,这样可使气流向下流动,减少预热带窑内断面的上下温差。

    ? ? 排烟口的数量根据生产所用原料和隧道窑类型而异,少的用3~5对,多的达10多对,多设的目的是为了灵活地调节隧道窑的升温曲线。但是从靠近烧成带的部位排出过多的烟气,会浪费较大的热量,所以,过多地设置排烟孔并不一定合适。

    ? ?隧道窑排烟方式基本上有三种:地下烟道排烟,金属支烟道排烟,窑墙内支烟道排烟。

    ①地下煙道排煙

    ? ? 地下烟道排烟是小断面随窑常用的一种排烟方式,烟气由窑墙上的排烟口进人支烟道,排烟口处设置调节闸板,控制该排烟口的排烟量。支烟道中的烟气进人总烟道,总烟道与排烟风机或烟囱连接,通过排烟风机或烟囱将烟气排出去。

    近年大、中型隧道窯也較多采用地下煙道排煙的方式,尤其對于所用燃料中硫含量較大的生産線,磚砌煙道地下排煙避免了煙氣中有害物質對金屬管道廠房金屬結構的腐蝕,是非常必要的。

    地下烟道排烟时,烟道埋设于地面以下,其优点是用钢材量较少,窯體显得整齐美观,但需要较太的土方工程量。此外,在地下水位较高的地方,需要较好的防水处理,否则烟道内容易积水,造成排烟困难,甚至不能排烟。

    ②金屬支煙道排煙

    金屬支煙道排煙是大斷面和超大斷面隧道窯主要的排煙方式。在排煙過程中,煙氣經過窯牆上的排煙口進入金屬支煙道內,然後彙集到金屬總煙道中,最後由排煙風機排出。每條支煙道上通常都設有插板閘或蝶閥,以控制每個排煙孔的排煙量。這種排煙方式結構簡單,但需要消耗較多的鋼材。金屬管道的散熱量較大,當煙氣溫度較高時,會提高環境溫度,夏季時使工作條件惡化。另外煙氣中含有的腐蝕性氣體,容易腐蝕管道,降低管道的使用壽命。

    ③窯牆內支煙道排煙

    窯牆內支煙進排煙是拱頂隧道窯常用的排煙方法。煙氣進人兩側窯牆的排煙口,通過窯牆內的上升支煙道集中到窯牆上部的主煙道中,再由金屬煙道經排煙風機或煙囪排出。

    這種結構既無地下煙道,也不需要太多鋼材,較爲經濟,但窯牆結構比較複雜,對施工的要求比較高。

    (5)抽余熱系統結構

    在隧道窯冷卻帶,燒好的制品與窯尾進入的冷空氣相遇進行熱交換,被加熱的空氣一部分進入燒成帶作爲助燃氣體,另一部分抽出進行余熱利用,這是隧道窯余熱利用的主要途徑。

    冷卻帶窯內熱氣體經設在窯牆上的抽熱口抽出窯外,抽熱口設在兩側窯牆上並靠近窯內頂面處,因爲窯內熱氣體叫上流動。抽熱口的數量根據原料和窯型不同而不同,因爲不同原料、不同制品余熱量是不同的,通過調節抽余熱口的數量和閘門大小來調整余熱量。

    與排煙方式相對應,隧道窯袖余熱方式有金屬管道抽熱、窯牆內支煙道抽熱兩種。

    金屬管道抽熱主要用于大斷面和超大斷面隧道窯,窯內熱氣體經過窯牆上的抽熱口、支管道,彙集到總管道中,由送熱風機抽送到幹燥室中用于濕坯幹燥。每條支管道上都設有插板閘或蝶閥,以控制每個抽熱口的熱氣抽出量。一般在全內燃和超內燃焙燒中,余熱量大于坯體幹燥需熱量,因此在抽熱主管道上加設換熱設備,換熱器出來的熱水可以用于車間采暖。

    拱頂窯的抽余熱方式與排煙方式相對應,有金屬管道抽熱和窯牆內支煙道抽熱兩種熱氣體通過兩側窯牆的抽熱口、窯牆內的支風道集中到窯牆上部的主風道中,再由金屬管道經送熱風機送往幹燥室,主管道上亦可接換熱器。

    (6)冷卻送風方式及送風口設置

    隧道窯冷卻帶的送風方式有分散送風和集中送風兩種方式,分散送風時,送風口分散在窯牆兩側有時分爲上、下兩排,其中一部分送風口應設在兩窯車之間,以便于冷風能進入到中間火道,冷卻磚垛中間的制品。集中送風口可設在窯頂或窯尾的窯門上。

    在冷卻帶,由于氣流流速不大,特別是橫向流速很小,橫向對流換熱系數小。因而冷卻效果較差。爲改變這種狀況,可在隧道窯冷卻帶頂部設置耐熱循環風機,引起窯內氣流的上、下循環流動,加快對流換熱。或者在冷卻帶兩側窯牆上設置特殊的冷卻風管,增加氣流的橫向流動速度,加快窯內對流換熱。

    (7)窯車及窯的密封結構

    窑车是隧道窑的重要组成部分,它构成隧道窑的窑底。窑车和窑墙之间的接缝,是窑内和窑外互相漏气的主要通道。该处密封不好,窑外的冷空气会大量漏入预热带,造成预热带有较大的上下温度差。而大量的高温空气又会从冷却带进入窑车底下,损坏 轴承及窑内的金属部件,严重时会使窑车轨道变形。

    窯車上的耐火材料和金屬部件的工作條件惡劣,它們承受著高溫的周期性作用。窯車上的襯磚因受到這樣的作用,産生較大的變形和收縮,經過多次收縮、膨脹後而損壞。推車時,窯車的金屬框架承受著巨大的推力,在溫度作用下,它還受到熱應力的作用。因而窯車和襯磚維護頻繁,維修量大。

    爲了減少窯內熱損失,並保護好窯車下部的金屬構件,要求窯車上的襯磚隔熱好、蓄熱少,經久耐用。耐火材料必須有一定的荷重軟化溫度,較好的耐急冷、急熱性能和較小的重燒收縮。

    二、隧道窯工作原理及系統

    隧道窑的系统设置是否合理、窯體结构能否满足要求、操作是否得当,对产品质量、产量、燃料消耗以及窯爐使用寿命都有影响。

    1.隧道窯工作原理

    隧道窯屬于泥流操作的熱工設備,沿窯長度方向分爲預熱帶、燒成帶、冷卻帶。制品與氣流以相反方向運動,在三帶中依次完成制品的預熱、燒成、冷卻的過程。

    隧道窑两端设有窑门,每隔一定的时间,将装好磚坯的窑车推入一辆,同时,已经烧成砖瓦成品的窑车被推出一辆。坯体进入预热带后,首先与来自烧成带的燃烧产物(烟气)接触而且被加热,而后进入烧成带,燃料燃烧放出的热量及生成的燃烧产物加热坯体,使之达到一定的温度而烧成,并经过一定时间的保温,生成稳定的制品。燃烧产物自预热带的排烟口、烟道,经风机或烟囱排出窑外。烧成的制品进入冷却带,将热量传递给入窑的冷空气制品本身冷却后出窑。被加热的空气一部分抽进去进行余热利用。

    簡單來說,隧道窯的燒成過程就是燃料在窯內燃燒、坯體與氣體進行熱交換、濕交換的過程。通過燃料燃燒産生的熱量,將窯內溫度升高到坯體燒成所需溫度,在燒成溫度時,坯體內各組分發生一系列物理、化學變化,經過這一系列變化,坯體由生坯焙燒爲具有一定強度和耐久性,符合建築要求的磚成品。

    2.隧道窯燒成制度

    隧道窯工作系統的設置就是在熱工基礎知識的指導下,針對特定的原料和制品,制定出適宜的燒成制度並保證燒成制度的實現。

    窯爐的烧成制度包括温度制度和压力制度,温度制度需要根据原料性能和产品要求而定,而压力制度是保证窯爐按照既定的温度制度进行烧成。因此影响产品性能的关键是烧成的温度制度。

    (1)溫度制度

    溫度制度依據物料在燒成過程中的化學、物理變化制定的溫度及其與時間的關系,包括升溫速度、燒成溫度、保溫時間、降溫速度等參數,並最終形成適宜的燒成曲線。

    隧道窑的烧成曲线也是沿窑长装在窑顶或窑侧的热电偶测得的窑内温度曲线(见图3),在低温阶段接近气体温度,在高温阶段接近制品温度。窯爐在设计时都给出了温度曲线,这条曲线是针对待定原料和特定制品的理想状态下的曲线,这条曲线是针对特定原料和特定制品的理想状态下的曲线,是假设隧道窑各种参数都处于最佳情况下绘制的曲线,实际生产时,由于窑上各种装置的差别及原料的波动,烧成曲线不能达到理论曲线的状态,应以理论曲线为指导,按照烧成规律,根据实际所用的原料、装置,产品的规格,调整至最佳烧成曲线。

    燒成過程的溫度參數:

    各階段的升溫速度

    低溫階段(室溫~300℃):此階段實際上是幹燥的延續,升溫速度主要取決于入窯坯體的含水率、規格、形狀、厚度等,當坯體入窯水分高或孔洞率小而尺寸較厚時,需要緩慢升溫,升溫過快會引起坯體內部水蒸汽壓力的增高而發生開裂。

    氧化分解階段(300℃~950℃):此階段主要是排除結晶水和發生分解氧化反應,可以快速升溫,但是573℃時,α-石英與β-石英發生晶型轉變,此階段需要平緩升溫。

    高温阶段(950℃~烧成温度):此阶段的升温速率取决于窯體的大小、窑内的温差、坯体的码放密度,以及坯体的烧成温度范围和烧成收缩,当窑内温差大、码窑密度高时,升温速度慢。

    燒成溫度與保溫時間的確定:

    燒結是減少坯體中的氣孔、增加顆粒之間的結合,提高機械強度的工業過程。燒成溫度是指坯體燒成時獲得最優性能時的溫度。在燒結過程中,隨著溫度升高和熱處理時間的延長,坯體內部的氣孔不斷減少,顆粒之間的結合力不斷增加,達到一定溫度和一定時間,顆粒之間的結合力呈現極大值,這時的溫度稱爲最佳燒成溫度。坯體燒結後在宏觀上的變化是體積收縮、致密度提高、強度增加。因此燒結程度可以用坯體的收縮率、氣孔率等指標來衡量。

    燒成溫度通常是一個範圍,稱爲燒結溫度範圍,在此範圍內,燒成制品的體積密度和收縮無顯著變化。

    燒成到達燒成溫度後需進行保溫,使坯體充分的進行物理、化學反應,生成穩定的制品燒成溫度與保溫時間之間既相互制約又相互補償、調節,如燒成溫度取高限,則保溫時間不能過長,否則會出現焦磚,對于較厚或燒成收縮大的坯體,或者內燃料摻料摻料高的坯體,可以采取低溫長燒的方法,即取燒結範圍的下限溫度焙燒,適當加長保溫時間來保證制品質量。

    冷卻速度:

    冷卻是把坯體從高溫時的可塑狀態降溫至常溫穩定態的凝結過程。冷卻過程也需要適宜的速度,冷卻過快過急,會造成燒成的制品由于內外散熱不均勻産生應力而引起開裂。

    溫度制度的確定依據:

    由以上敘述可以看出,確定溫度制度主要依據坯體的性能。通常原料的化學成分決定了原料的燒成溫度。

    二氧化矽的含量對燒結影響很大,大顆粒的二氧化矽多時,將增加制品的耐火度,提高制品的燒成溫度,小顆粒的二氧化矽較大顆粒二氧化矽易于熔融,使制品結構均勻、密實。但由于焙燒時二氧化矽要進行晶型轉化,其體積發生變化,影響制品強度,故制磚原料中二氧化矽的含量一般控制在55%~70%。

    氧化鋁能提高化學強度,但燒成溫度也將提高,含量低于10%時,焙燒制品的力學強度低;含量高于20%時,大幅提高燒成溫度,並使制品抗凍性能降低。制磚原料氧化鋁含量要求在15%~20%。

    制磚原料中的氧化鐵在氧化氣氛中不降低制品的耐火度,但在還原氣氛中可稱爲一種有力的助溶劑,降低制品的耐火度。含量一般控制在2%~8%。

    氧化鈣和氧化鎂在燒結中起助溶作用,能降低制品的耐火度,含量過高時,將縮小制品的燒成溫度範圍,給焙燒增加難度。氧化鈣比氧化鎂的助溶作用更爲顯著,試驗證明,當氧化鈣含量大于15%時,燒成範圍縮小25℃。制磚中氧化鈣含量不宜超過10%。

    鉀、鈉化合物(Na2O和K2O)在制品焙燒過程中主要起助溶劑作用,並能提高制品強度。

    原料中的有機物含量一般在2.5%~14%,在焙燒過程中氧化分解生成二氧化碳氣體溢出,增加制品孔隙率,生成煙氣造成焙燒熱損失,因此通常要求原料中有機物含量越少越好。

    燒成過程的升溫、保溫、降溫時間組成了燒成周期,這個過程的快慢受很多因素影響,最主要的還是原料因素。通常以煤矸石爲主要原料時,燒成周期較長,多爲40h~52h,頁岩、黏土、粉煤灰等原料的燒成周期一般在30h~36h,因此,生産煤矸石磚的隧道窯往往長一些。

    综上所述,企业在建设窯爐时应根据原料的成分和工艺性能制定适宜的烧成制度,继而据此确定窯爐的系统、窯體的规格、结构等参数,这样才能保证制品的质量和产量。

    (2)壓力制度

    通常是指窯內靜壓的大小沿窯長度方向的分布,壓力制度的控制是和溫度制度密切相關的,控制壓力制度的目的是爲了保證溫度制度。

    窯內冷卻帶爲正壓,預熱帶在煙囪或排煙風機抽力的作用下爲負壓,在正壓和負壓之間,必然有一個壓力等于零的車位,這一車位成爲零壓位。

    在生産中,通常使零壓位控制在預熱帶和燒成帶之間,使燒成帶保持“微正壓”,這種狀況有利于生産。因爲,如果零壓位在冷卻帶,則燒成帶處于負壓,會從窯底漏入較多的冷空氣,增大上、下溫差。反之,若使零壓位處于預熱帶,則燒成帶爲較大的正壓,容易使窯內的高溫氣體漏到窯下面燒壞窯車。在實際生産中,各種因素是不斷變化的,零壓位的位置也容易發生漂移,當零壓位離開控制位置以後,需要把它移回到原來的位置上。

    生産中通過控制排煙和余熱口的閘門來調節零壓位,余熱口抽出量增加,零壓位的位置向冷卻帶移動。相反,排煙閘門抽出量增加,零壓位向預熱帶方向移動。

    除了控制零压位的位置外,尚需考虑到窑内冷却带正压和预热带负压绝对值的大小,即压力曲线的斜率。在实际生产中,常常希望斜率比较小,压力曲线比较平坦为好,即所谓“低压操作”。这样窑内漏气较少,有利于生产。但是,通常为了提高窯爐的烧成产量,需要采用大抽力高温作业,在这种情况下,就应该考虑采用窑底静压力平衡措施,以减少窑外气体漏入窑内,或窑内气体露出窑外。

    3.隧道窯工作系統

    磚瓦産品在隧道窯中燒成時,要經過加熱升溫、保溫、降溫這幾個過程,隧道窯必須滿足燒成的各種技術參數要求,其系統設置應能保證坯體在窯內加熱升溫、保溫、降溫的正常進行。

    隧道窯工作系統又叫工作流程,是指窯內氣體輸送系統,即氣體流向及有關熱工設備的使用。隧道窯工作系統的確定基于燒成制度,並要保證燒成制度的實現。

    由于生産磚瓦的原料是多種多樣的,每一種原料的燒成性能不盡相同,所以燒成時隧道窯的系統設置是有差別的,不能所有原料、所有制品都采用相同的系統,但是,總結各種隧道窯的配置,隧道窯的系統配置是一樣的,都配備有窯內通風系統(含排煙系統、抽余熱系統、送冷風系統、窯底壓力平衡系統)、燃料燃燒系統、窯車運轉系統和測控系統。隧道窯工作系統如圖5所示。

    (1)隧道窯的通風系統

    隧道窯通風系統主要包括排煙系統、送冷風系統、抽余熱系統、窯底壓力平衡系統,有的窯上還沒有循環風系統、窯底壓力平衡系統,有的窯上還設有循環風系統。通風系統的作用是使氣體按一定的方向流動,使風量在窯內坯垛上分配均勻,供給燃料燃燒所需的空氣,排出窯內燒成廢氣,維持窯內一定的溫度制度和壓力制度,使窯內燒成操作能正常進行。

    ①排煙系統

    隧道窯排煙系統位于窯余熱帶,它由排煙口、支煙道、總煙道、閘門和排煙風機組成。

    其功能是將預熱帶前段的低溫、高溫煙氣排出隧道窯,排煙時,窯內的低溫煙氣首先經過設置于窯牆或窯頂的排煙口,在該煙口附近設煙閘,以控制排煙口的排煙量,然後煙氣進入各個支煙道,經過支煙道的煙氣最後彙入總煙道中,連接在總煙道中的風機,通過自身産生的抽力將煙氣排出隧道窯。

    窯上排煙口的大小,支煙道、總煙道的斷面直徑,必須按照窯內燃料燃燒産生廢氣量的大小計算確定,風機也要安排出煙氣量多少計算選型。

    排煙風機選擇是否合理,不但影響燒成産量和質量,而且也關系到隧道窯生産成本的高低。在選擇排煙風機時,首先必須求出克服系統阻力所需要的壓力和燒成過程所需的風量,然後再根據需要與可能選擇特性曲線平緩、使用範圍比較寬、性能好的型號。同時,必須考慮風機的安裝位置、安裝角度、成本等因素。

    ②送風系統

    隧道窯送風系統位于冷卻帶,它由冷卻風機、送風口、控制閘板等組成,其作用是向窯內輸送供高溫磚體降溫的冷卻風,送風量大小要根據窯燒成帶燃料燃燒所需風量、冷卻帶熱平衡計算後能抽出多少余熱所需風量大小、及在該段風量外泄損失風量的多少等確定。這幾方面之和,就是風機實際的通風量,選擇風機時,根據這個風量再換算成風機的標准風量。

    送风系统所选用的风机,可以是离心风机,也可以是轴流风机,按照窯爐的布置方式,结构形式,烧成要求确定。

    ③抽余熱系統

    隧道窯抽熱系統分別位于窯冷卻帶和預熱帶。冷卻帶抽取磚體冷卻過程的換熱,抽取的介質爲幹淨空氣;預熱帶抽取窯內廢棄熱,抽取的介質爲高溫煙氣。抽余熱系統由風機、管道、窯內出風口、風閘等組成。要根據窯的實際燒成需要,在不同位置抽取熱量。

    根據風闡開啓程度大小,可以控制抽取熱量多少、風量大小。根據熱工計算選擇風機的型號。

    ④窯底壓力平衡系統

    隧道窯窯底壓力平衡系統的作用是讓窯車底部與窯內的壓力能夠平衡,窯內是負壓的地方,窯底也是負壓,窯內是正壓的地方,窯底也爲正壓,這樣窯內的熱氣體就不會竄入窯車下部。同樣窯外的冷風也不會從砂封槽處漏人窯內,使窯內和窯外徹底隔絕。

    需要指出的是,底部壓力平衡系統的調試工作很重要:一定要將車底的壓力調整到與窯內相當的水平,如果壓力相差太大,就不會起到壓力平衡的作用,而且可能會起到相反的作用。

    (2)窯車運轉系統

    隧道窯燒成時,窯車在窯內要向前運動,窯車運轉系統就是完成窯車在窯內和回車線上運動的設施。窯車運轉系統包括電動擺渡車、液壓頂車機、回車牽引機、步進機、出口拉引機、窯門等。

    電動擺渡車是窯車在車間運行時必備的設備,它能使窯車産生橫向移動和調整窯車運行方向,是將回車線上碼好濕還的窯車送往幹燥室或隧道窯,以及將窯出車端窯車運往回車線的主要設備。

    液壓頂車機是窯內窯車運動的驅動設備,它靠油泵供油推動油缸中的活塞作直線運動,靠活塞推動窯車在窯內移動。

    回車牽引機位于回車線上,它是窯車在回車線上運動的驅動設備。牽引機由一台卷揚機、一台移動小車組成,牽引時靠卷揚機驅動小車在軌道中間運動,然後小車推著窯車移動。

    步進機位于回車線上碼壞處,它能夠精確地移動窯車。在人工或碼坯機碼好一個坯垛後,用它將窯車向前運送一個坯垛的位置,是按照碼坯機的要求准確定位窯車的設備。

    出口拉引機是將隧道窯冷卻帶最後段、將要出窯的最後一輛燒成的窯車拉出隧道窯的設備。它每次只拉最後一輛窯車,目的是爲隧道窯進車留出空車位,窯車被拉引機拉出隧道窯後,就完成了燒成過程。出口拉引機由電機驅動,驅動功率大小根據窯車及窯車上裝磚的重量確定。出口拉引機安裝于窯內窯車底部,每條隧道窯只安裝一台。

    窯門安裝在隧道窯的窯頭和窯尾,它的作用是將窯內和窯外隔離開來,使窯外的冷空氣不進人窯內,也不讓窯內的熱風從窯門處逸出。當隧道窯進車時將窯門升起,進車完畢後,將窯門落下。窯門落下後,要求窯門以及窯門與窯牆、窯頂有很好的密封性能。

    为了更好地保证窯體的密封性,近年来在隧道窑的进车端多设计为两道窑门,这是因为窯爐预热段是负压,靠压力差来引导焙烧段的热烟气向预热段行进,从而与坯体发生湿热交换继而排出窑外,进车时窑门打开,窑门与排烟系统形成了气流通道,阻碍了烟气的行进与排出,破坏了窑内气流的稳定。设置两道窑门,两道门之间形成一个预备室,第一道门打开,窑车进入预备室,第一道门关闭后,再打开第二道门,将窑车顶人窑内有效空间,这样分两步进车,窑内与外部始终隔绝,很有效地保证了窑内气流的稳定。

    (3)隧道窯測控系統

    隧道窑控制系统分为两部分,一部分是窯爐温度和压力的测控,另一部分是窑车运转系统的控制。

    控制窯爐温度和压力时,在窯爐的顶部和侧墙适当部位安装测温测压元件,以检测窑内的温度和压力。并将检测结果送人电脑,在窑通风系统上安装自动调节装置,或手动调节装置。当检测元件测得的温度和压力与原先设计的温度和压力有较大区别时,电脑就发出指令,指示通风系统上的装置进行调节窑内通风量,或者人工调整通风系统上的手动调节装置,以改变窑内通风量。

    通常在窯爐设计时,按照系统设置和温度曲线预留测控元件的安装位置,即测温点车测压点。对于窑内高较高的窯爐和超热焙烧的窯爐,在高温带适当的位置增设一至两处测温点,位于侧墙车面处,目的在于测控窑内的断面温差。

    測控元件安裝時要注意保持元件插人窯內的深度一致,要用保溫棉塞緊塞實,以保證良好的穩定性和密封性。

    控制窯車運轉系統時,在相關設備上都安裝控制開關,利用各台設備實際工作時的先後順序,用繼電器控制各台設備動作的次序、工作時間的長短,使窯車運轉系統能夠自動地工作。另一種控制窯車運轉系統的方法是將整個窯車運轉系統分爲幾個區,每一區內用自動控制的方法,而區與區之間的協調丁。作用手動操作。


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