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隧道窯常用知識及升溫曲線
來源: AnyBody | 日期: 2019-11-24 | 點擊: 389 | 打印本頁 | 返回列表  



     隧道窯是現代化的連續式燒成的熱工設備,廣泛用于陶瓷產品的焙燒生產,在磨料等冶金行業中也有應用。其中俄羅斯列寧格勒地方設計的最新式隧道窯,較為先進。



一、工作原理

隧道窯始于1765年,當時只能燒陶瓷的釉上彩,到了1810年,有可以用來燒磚或陶器的,從1906年起,才用來燒瓷胎。最初著名的隧道窯,是福基倫式,到了1910年以后,就漸漸有了許多改進的方式。

隧道窯一般是一條長的直線形隧道,其兩側及頂部有固定的墻壁及拱頂,底部鋪設的軌道上運行著窯車。燃燒設備設在隧道窯的中部兩側,構成了固定的高溫帶--燒成帶,燃燒產生的高溫煙氣在隧道窯前端煙囪或引風機的作用下,沿著隧道向窯頭方向流動,同時逐步地預熱進入窯內的制品,這一段構成了隧道窯的預熱帶。在隧道窯的窯尾鼓入冷風,冷卻隧道窯內后一段的制品,鼓入的冷風流經制品而被加熱后,再抽出送入干燥器作為干燥生坯的熱源,這一段便構成了隧道窯的冷卻帶。

在臺車上放置裝入陶瓷制品的匣缽,連續地由預熱帶的入口慢慢地推入(常用機械推入),而載有燒成品的臺車,就由冷卻帶的出口漸次被推出來(約1小時左右,推出一車)。
應用于鋼坯連續加熱,或陶瓷連續燒結。

二、優點
隧道窯與間歇式的舊式倒焰窯相比較,具有一系列的優點。

隧道窯始于1765年,當時只能燒陶瓷的釉上彩,到了1810年,有可以用來燒磚或陶器的,從1906年起,才用來燒瓷胎。最初著名的隧道窯,是福基倫式,到了1910年以后,就漸漸有了許多改進的方式。

隧道窯一般是一條長的直線形隧道,其兩側及頂部有固定的墻壁及拱頂,底部鋪設的軌道上運行著窯車。燃燒設備設在隧道窯的中部兩側,構成了固定的高溫帶--燒成帶,燃燒產生的高溫煙氣在隧道窯前端煙囪或引風機的作用下,沿著隧道向窯頭方向流動,同時逐步地預熱進入窯內的制品,這一段構成了隧道窯的預熱帶。在隧道窯的窯尾鼓入冷風,冷卻隧道窯內后一段的制品,鼓入的冷風流經制品而被加熱后,再抽出送入干燥器作為干燥生坯的熱源,這一段便構成了隧道窯的冷卻帶。

在臺車上放置裝入陶瓷制品的匣缽,連續地由預熱帶的入口慢慢地推入(常用機械推入),而載有燒成品的臺車,就由冷卻帶的出口漸次被推出來(約1小時左右,推出一車)。
應用于鋼坯連續加熱,或陶瓷連續燒結。

二、優點
隧道窯與間歇式的舊式倒焰窯相比較,具有一系列的優點。

1、生產連續化,周期短,產量大,質量高。
2、利用逆流原理工作,因此熱利用率高,燃料經濟,因為熱量的保持和余熱的利用都很良好,所以燃料很節省,較倒焰窯可以節省燃料50-60%左右。
3、燒成時間減短,比較普通大窯由裝窯到出空需要3-5天,而隧道窯約有20小時左右就可以完成。
4、節省勞力。不但燒成時操作簡便,而且裝窯和出窯的操作都在窯外進行,也很便利,改善了操作人員的勞動條件,減輕了勞動強度。
5、提高質量。預熱帶、燒成帶、冷卻帶三部分的溫度,常常保持一定的范圍,容易掌握其燒成規律,因此質量也較好,破損率也少。
6、窯和窯具都耐久。因為窯內不受急冷急熱的影響,所以窯體使用壽命長,一般5-7年才修理一次。

但是,隧道窯建造所需材料和設備較多,因此一次投資較大。因是連續燒成窯,所以燒成制度不宜隨

意變動,一般只適用大批量的生產和對燒成制度要求基本相同的制品,靈活性較差。

三、缺點
1、其隧道窯建造所需材料和設備較多,因此一次投資較大;
2、對于不同制品必須全面改變焙燒工藝制度;生產技術要求嚴格;窯車易損壞,維修工作量大等。

節能方式
由于隧道窯是連續性窯爐,熱利用較好,且多數隧道窯使用的助燃空氣采取的是自然風或在冷卻帶吹入冷風,從而使空氣變熱。雖然余熱利用,但因為抽出的熱空氣中,混入有非常多高溫帶燃燒過的廢氣,所以導致助燃空氣中氧氣不足,燃燒效果不佳。使用換熱器換出來的熱空氣是新鮮的熱空氣,可達到最佳的助燃效果。如果使用金屬換熱器,可以進行一部分的余熱回收,但如果冷卻帶溫度達到800度以上,金屬換熱器非常容易被高溫損壞。

使用陶瓷換熱器,可解決這一難題,陶瓷換熱器具有以下特點:

1、 把陶瓷換熱器放在隧道窯冷卻帶,使用制品上的余熱來預熱空氣,可以將新鮮空氣預熱到300-600度左右,將熱空氣送到高溫帶燒嘴,做助燃風,可達到節能目的。

2、 使用壽命長,安裝一次可使用5年以上,

3、 使用方法直接簡單,溫度平衡,一次性投資少,節約能源多。


操作方法


第一、改變坯垛的碼放形式,在中、下部加頭,減少孔道,降低炕腿高度。這一措施尤其是適用于沒有隨著季節變化而改動碼窯方法的情況,對于冬季仍使用夏季高炕腿的廠家,特別適用。

第二、降低近閘的使用高度,讓保溫帶底部降溫速度慢一些。

第三、適當延長保溫帶,延長供風的距離和時間。

第四、如因冷風進入量過大,使保溫帶冷卻降溫過快時,可減少冷風進入量,降低保溫帶的冷卻降溫速度。

第五、少量勤添,重燒后火。或者通過火眼在保溫帶第一排前添人爐灰“堵后風”。

耐火材料用隧道窯按使用溫度可分為三類:

(1)低溫隧道窯-燒成溫度約1000℃,主要用于焙燒滑板磚和其它一些有特殊工藝要求的制品。


(2)中溫隧道窯:燒成溫度1300℃~1650℃,主要用于燒成普通堿性磚、粘土磚、高鋁磚、滑板磚、水口磚、硅磚等制品。

(3)高溫隧道窯:燒成溫度大于1700℃,一般介于1800℃~1900℃,主要用于燒成中檔鎂磚、高純鎂磚、直接結合鎂鉻磚、鎂鋁質及剛玉質等制品。

也有人按照燒成制品名稱進行分類,這是因為不同的制品,燒成工藝不一樣,窯的長短、高矮也不一樣。比如,硅磚隧道窯一般長150m~180m,車臺面至窯頂的高度為1.6m~1.9m;堿性磚隧道窯一般長80m~100m,車臺面至窯頂的高度~1m等。

燃燒設備

隧道窯的加熱燃燒主要是重油,輕柴油,和天然氣煤氣,原有的直燃煤方式已不多用。油類燃燒配備有儲油罐和燃燒噴嘴。因油類成本較高使用較多的仍是天然氣和煤氣,天然氣是通過天然氣管道將天然氣輸送至窯爐有專門的天然氣燒嘴進行噴射燃燒。煤氣燃燒除了有專一的煤氣管道輸送至爐窯外,隧道窯用戶大都自備有煤氣發生爐進行煤氣的生產,由煤氣發生爐所產的煤氣經過管道輸送至隧道窯燃燒室,通過煤氣燒嘴進行噴射燃燒。



隧道窯升溫曲線


升溫時間是指從常溫下將坯體加熱到最高允許燒成溫度,也即我們常講的預熱過程。在以往對坯體預熱過程的特性給予更多的注意,為了得到所要求性能的產品,就必須保證在預熱期間避免操作失誤(或設計失誤)造成產品質量的下降(或廢品)。


另一方面也需要考慮坯體的類型(尺寸大小、形狀、厚度等)是否能夠經受得起加熱時的熱沖擊。



從原理上講有三種因素影響著加熱的速率:


   (1)脫水過程。坯體中殘留的孔隙水和黏土礦物層間水的蒸發,各種礦物結晶水的釋放,來自可燃物氧化生成的水分等均會在預熱帶出現。例如在黏土礦物脫去羥基期間,根據計算每100磅(45.4kg)的黏土礦物約有14磅(6.35kg)的水蒸氣進入窯內空氣中。在脫去羥基的溫度(450~600℃)下,這些水蒸氣將占有22.2m3的空間。大概估算年產6000萬塊空心磚的隧道窯僅黏土礦物脫水每小時就要排出1800~3000m3的水蒸氣。除了坯體中殘留孔隙水的蒸發和可燃物氧化生成的水分外,其他各種礦物的層間水和結晶水的排出均可由熱分析方法來確定。


對坯體帶入的殘留水分(平衡水分)必須給出明確的限定(例如3%~5%),過干則會吸潮,過濕則會延長焙燒周期。總之在預熱帶各種水分的蒸發和排出,意味著坯體可能會出現顯微結構上的裂紋或是裂紋的擴展、松弛等現象,使坯體的結構強度降低,從而影響了最終產品的質量。特別是坯體含水率過大時,預熱速度過快會造成啞音等廢品。如從差熱曲線和熱膨脹曲線上發現某一溫度區間有大量的脫水(吸熱峰并伴隨有較大的失重),在此溫度區間的升溫速度就應減慢。例如,富伊利石+蒙脫石原料在500℃前就有很大的失重,此情況下絕對不能快速升溫,更不能使用快速焙燒。


      (2)熱膨脹與收縮過程。在預熱期間坯體不可避免地要出現膨脹與收縮,如果這種過程發生在很狹窄的溫度范圍內,就極有可能由于膨脹應力導致坯體 內部顯微裂紋的產生,眾所周知的例子是石英晶形的轉變。


另外在加熱過程中由于熱的作用坯體本身也會出現膨脹和收縮,只是因原材料組成的不同,而出現的強弱不同,亦可在坯體中引發顯著的應力。這些特征均可在熱膨脹曲線上看到,例如某種原材料的熱膨脹曲線表明在835℃前該原料的最大膨脹率達到了1.48%,而劇烈膨脹出現的溫度區間在600~835℃之間,所以在該溫度區間的升溫速度應當平緩。


另外,如原材料中含有較高的碳酸鹽時,在分解的溫度范圍內(700~900℃)也會出現所謂的“中間狀態的收縮,此時如焙燒控制不當,極有可能在坯體中產生裂紋。順便提及,由預熱或是由冷卻不當造成的細裂紋,可從裂紋的斷面上判斷出來,冷卻產生的裂紋斷面平滑而細長,預熱產生的裂紋斷面粗糙。


      (3)可燃物的燃燒或氧化過程。例如煤矸石、粉煤灰這類材料均含有較高的可燃物質,為了保證其在坯體出現液相之前充分氧化,成為了限制大斷面隧道窯產量的關鍵因素之一,也給窯爐的設計和焙燒操作帶領了困難。


    現國內外解決這一問題的措施均是加大隧道窯的長度,例如法國賽力克公司設計的用于煤矸石燒結空心磚的大斷面隧道窯長度為185m,寬度10m,燒成周期為92h,全窯容車數為53輛,所用煤矸石的發熱量為500~600kcal/kg,在850℃前這些可燃物完全燃盡,然后配以天然氣在1020℃下完成燒結。


    德國林格公司為我國某地提供的煤矸石空心磚生產線設計方案,其窯長也是176m;意大利阿爾匹納公司為我國某地提供的煤矸石空心磚生產線設計采用的窯長181m,均有很長的預熱帶,其目的就是為了保證可燃物的完全燃燒和氧化。碳和有機物的燃燒、黃鐵礦的氧化,各種材料的放熱溫度區間及始熔溫度在差熱分析曲線和熱膨脹曲線上完全可以看到。


    煤矸石、粉煤灰以及原材料中的其他有機物的燃燒溫度范圍(或區間)差異很大,如有的煤矸石的著火點高(如無煙煤的矸石),有的著火點低(如煙煤或洗選矸石),這些差異在差熱曲線和熱膨脹曲線上也能很大地分辨出來。需要注意的是,煙煤或洗選矸石在預熱帶會形成低溫碳氣(CO),隨煙氣排放出來,但是這種氣體對大氣環境是有害的,應在窯爐的結構上采取措施盡量減少其排放量,或是采取專門的復燃裝置燃燒后排放。


    這類煤矸石的特征是著火點低,一般在300℃左右就開始燃燒。另外,粉煤灰中玻璃體的含量及性能均不相同,因而其始熔溫度也相差很大,這種特性在熱膨脹曲線上也能夠很好地分辨出來。


綜合分析以上三種因素,找出主要影響升溫速度的因素所在,并考慮坯體的特性(大小、厚度、形狀等)因素,來確定出合理的升溫時間。加熱的速率可分為若干段,如在最初脫水期選擇較低的加熱速率;在有碳和黃鐵礦存在時采用較低的加熱速率和較長的時間等等。


    

    為了保障少出焦磚或生磚火度要操控的略微平淡些,可適當延長燒成的時間,即把焙燒帶放長一些,這就是常說的“低溫長燒”。窯爐產量較高時推入坯車和推出紅磚的頻率加快,這時焙燒帶應放長一些。產量偏低時焙燒帶就要放短一些。火度偏高時磚塊在早中期就已經燒好了,這時焙燒帶就要短一些,否則要燒過火的。火度欠缺時在提升火溫的同時,還應該延長焙燒帶。風壓較強時焙燒帶被帶走的熱量也較多,這時焙燒帶也應放長一些,風壓偏小時熱量在焙燒帶滯留的時間就會更長些,火度相應也會偏高一些,這時焙燒帶應放短一些。一般情況下剛接觸的窯爐用6~15個工作日就能摸索出多種情況下火度的高低和焙燒帶長度的協調性,要牢記每種情況下的最佳操作規則與數據,并且與當前的火情相結合拿出合適的操作方案來。平日里要做好工作記錄,不僅對干好當前工作有利,而且為日后技術經驗的積累提供了詳實的借鑒。




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