耐火材料烧成窑

    随着钢铁工业和其他工业生产技术的发展，作为高温工业生产设备的基础的耐火材料，其质量和产量都得到了显著的提高和发展。

    作为生产核心的成型砖坯的烧成设备应满足上述要求，并有所改进。从要求设备节省能量，节省劳动力和不造成公害等几方面来看，耐火材料烧成窑方面发生了巨大的变化。

    由于直接结合砖的出现，建成了烧成温度为1750-1900的超高温烧成窑。其次，由于白云石砖采用特殊结合剂，要在烧成时采取措施防止排出废气引起公害，为了满足提高品位的要求，在各烧成温度范围内，要使温度和气氛便于控制并且均匀，具有合理性的燃烧和加热机制，以节省能源和节省劳动力等。在窑的大型化，自动化和连续化方面都取得了极为显著的变化。

    耐火材料烧成窑历史悠久，过去采用过的单独的间歇式的倒焰窑，如方窑，圆窑及环窑。这些窑在其他窑业中也得到应用，目前在耐火材料烧成方面用的少了。

    由于耐火材料的用户遍布钢铁工业，有色冶金工业，化学工业，窑业等许多部门，所以为适应上述各种不同用途，要求制造不同性能和形状的硅质，黏土质等制品，并按这些制品要求的制造条件来烧成。

一.耐火材料烧成窑的分类

    耐火材料的烧成窑大致可分为两大类。

（一）连续式窑（隧道窑）

    隧道窑是一种可以连续生产的，自动化程度较高的，环境保护较好的，现代化的先进窑炉。其构造，操作和控制将在后面叙述。

（二）间歇式窑

    1.方型倒焰窑 简称方窑。是一种古老的耐火材料烧成窑。一般用煤做燃料，烧成的火焰经窑顶反往砖坯行列下降到窑底空径烟道排出废气，操作方法虽然落后鞋，但也有其优点，就是工艺过程比较灵活，可以一窑一变，不象隧道窑固定了一种工艺就只能烧成一种品种。

    2.圆形倒焰窑 其操作原理优缺点都与方窑相同。两者对比，圆窑烧成的均匀性忧于方窑。

    3.梭式窑 顾名思义该窑就是象梭子一样，能来回装进抽出。它是介于隧道窑和倒焰窑之间的一种间歇式窑型。它采用了如隧道窑式的窑车进行装出窑，可以在窑外进行便于机械化，采用了隧道窑肢的加热方式便于机械化自动化，由于间歇式生产，还可以避免由于工艺固定产品单一的弊病，所以说它是一种比较灵活的窑型，但它也有确定，就是由于它的间歇式生产方式限制产量的提高，对于产量大的品种是不合适的。

    4.钟罩式高温烧成窑 钟罩式高温烧成窑，是一种专门烧制有特殊性能要求或特殊形状的高级产品烧成窑，它基本上与梭式窑类似，但其窑上部结构可以上下升降，故曰钟罩式窑。这种窑式在我国较为少见。

二.耐火材料烧成窑的结构及工作环境

    由于耐火材料的烧成窑品种很多，需要分别叙述其结构及操作原理和工作环境。

（一）隧道窑

    在耐火材料烧成方面 ，隧道窑已经成为连续式烧成窑的代名词，它是最经济和效率最高的窑。

    1.隧道窑的基本条件与功能 隧道窑由预热带，烧成带和冷却带构成。窑车装好车后通过上述个带进行烧成。通常在预热带内用与窑车前进方向相反的从烧成带引入的热气体使砖坯逐渐加热升温，在此期间脱除吸附水及结晶水，并使有机物质分解。在烧成带内用直接燃烧加热至规定的温度并保温，然后进入冷却带。在冷却带内，从窑出口处吹入的冷空气与烧成制品进行热交换，达到冷却的目的，窑车到出口时，耐火材料的烧成过程就完成了。

    2.烧成窑的分类

    （1）按加热方式分

    （2）按烧成温度分

    （3）按窑车进窑的方式分

    （4）按燃料分

    （5）按窑体形式分

    3.各类窑各部分的构造和特征

    隧道窑按长度方向分为预热带，烧成带和冷却带，隧道窑的长度远比高度大的多，所以窑的结构应该主要是窑墙和窑顶，但是按长度方向各段带的窑墙是不同的，而且随着制品的不同起结构也不同。

    4.隧道窑各部分的作用及工作环境

（1）燃料燃烧与节能，如同所有的工业炉一样，作为耐火材料的烧成窑隧道窑，也需要通过燃料燃烧来取得高温来完成耐火材料制品的烧成任务。将隧道窑烧成带燃烧加热后排出的烟气，用来预热砖坯，有将烧成品本身的热量与冷空气进行热交换产生的热空气供燃烧用，使得热量得到有效利用。与其他的耐火材料烧成窑对比，隧道窑是热效率较高的一种。这是隧道窑能够广泛采用的重要理由之一。为了最大限度的提高隧道窑的热效率，应该对隧道窑的热平衡进行分析。

（2）余热回收与燃烧装置的关系，隧道窑消耗的热量包括烟气带走的热量，烧成砖本身的热量和窑体表面的散热。前两项热量可回收利用。

    在不注意节能的时期，在考虑到建设费用很低的情况下，隧道窑大多采用低压烧成嘴，这种烧嘴结构比较简单，不能大量使用高温预热空气，后来才采用了中压和高压的高符合烧嘴，不仅提高了烧成温度也节约了能源。

    对于高温隧道窑，为了是冷却带回收的热空气进一步提高温度，同时为了保护最高温度部位的砌体，将这部分热空气，引入烧成带双层窑顶之间，使其预热到1050-1100度。

（3）窑内压力的控制，隧道窑内压力制度的合理确定，有助烧成温度的稳定，燃料消耗量的减少，砖垛截面烧成的均匀性，减少漏气和改善工人操作条件等。为了控制窑内压力制度在设计上没有零压区。烧成带一般采用微正压操作，以免因负压操作吸入冷空气，而破坏了烧成制度，因此零压区设在预热带和烧成带相接或邻近烧成带附近，使烧成带处于微正压区。微正压区的具体位置常随窑的操作制度的变化而有所变化。一般根据工艺要求，推车时间间隔，烧成带的长短，和高温点车位多少来确定。

（4）窑内温度控制及温度均匀化 隧道窑温度制度的稳定对产品质量起着重要的作用。因而应具有完整的温度制度控制系统。而温度制度的稳定，主要是保持烧成带的稳定。烧成带的温度与燃料的发热值，供给量，空气和燃料的比例，一次和二次空气量的比例及其温度，推车时间，间隔，窑车装砖量和装砖图等因素有关，上述所有个温度应保持稳定。

    保持烧成温度制度稳定，除了控制各因素保证在烧成带的烧成制度稳定外，还有一个问题就是窑车装砖的的上下温差的问题，最大温差区位于预热带的中后部，这对烧成制品的成品率和性能有不良影响。因此，为了尽量使流入预热带的气体从窑车上面靠近砖垛的下部通过，对窑断面结构，排烟孔的位置，窑车砖垛的码砖的方法要适当考虑。也可以采用前述的气幕结构来解决上下温差的问题。

（5）隧道窑的工作环境 由于耐火材料烧成的目的，是将不稳定的强度小的坯体，烧成具有一定强度的稳定的耐火制品。又由于各种耐火材料在烧成时，所产生的物理化学变化各有特点。因此，有必要对各种耐火材料的烧成特性有个初步了解。

（二）倒焰窑

    倒焰窑是一种比较古老的烧成窑形式，虽然它的热效率和工作效率都比隧道窑低，但是由于投资小烧成制度灵活等有利条件，在今天仍然有一定使用价值，下面分述其特征。

    1.倒焰窑的工作原理

    倒焰窑的工作原理是燃料在窑外的火箱燃烧，火焰经火箱的挡火墙升到窑顶，然后由窑顶下降经过待烧砖坯，下至窑底孔径汇集烟道经烟囱排放于大气中。

    2.倒焰窑的分类

    （1）倒焰窑的分类是按其截面的形状来区分的，横截面为矩形的称为方窑。

    （2）圆窑，一般容积较大的倒焰窑多采用圆窑。

    （3）实验窑，为了适应小量试块或小批量的实验砖，也采用小型倒焰窑。

    3.倒焰窑的结构

    倒焰窑的结构，一般有地面以上窑体部分，其中包括窑顶，窑墙和燃烧室等，地面及地下部分包括窑底孔，支烟道，主烟道和烟囱等，燃烧室的数量随着窑容积的大小而不同。

    4.倒焰窑的工作环境

    倒焰窑的工作环境与隧道窑基本相同，但是在煅烧硅砖的时候，可根据硅砖的工艺特点，采用弱还原焰烧成。在这种情况下，废气中将产生部分的一氧化碳其他，它是无色透明的有毒气体，含量大时可令人窒息中毒死亡，所在还原焰烧成操作时要注意环境保护，注意安全。

（三）梭式窑

    （1）技术性能，梭式窑是介于上述两者之间的一种窑型。他的外型结构很象方窑，但窑底结构和隧道窑一样，不是采用固定式窑底，而是用窑车底式窑底，窑车的装砖及卸砖均在窑外进行。推进拉出故曰梭式窑。

    （2）结构。

    （3）工作环境，与上述两种工作环境相同。

三.耐火材料烧成窑用耐火材料

表1 黏土砖隧道窑用耐火材料

　表2 镁制品隧道窑用耐火材料