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梭式窑烧制蜂窝陶瓷及能耗分折
张全胜;刘艳春;曾令可
【摘 要】梭式窑在陶瓷工业的应用非常广泛，是一种新型的间歇式陶瓷窑炉。本文通过采用梭式窑烧制蜂窝陶瓷的实践，从窑体、窑车的材料选取，码坯方式以及烧嘴和烟道的布设等方面分析了影响梭式窑内温度的主要因素及能耗高的原因，并提出了降低能耗的一些方法。%Shuttle kiln, a new type of intermittent ceramic kiln, is widely-ud in ceramic industry. This paper analyzes the main factors that affect the temperature of shuttle kiln and the caus of its high energy consumption from the construction materials of kiln and kiln car, the loading modes and the layout of burners and gas ducts, and puts forth some methods for lowering its energy consumption.
【期刊名称】《中国陶瓷工业》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】6页(P10-15)
【关键词】梭式窑;蜂窝陶瓷;结构特点;能耗分折;余热利用
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【作 者】张全胜;刘艳春;曾令可
【作者单位】广州市红日燃具有限公司，广东 广州 510435;广州市红日燃具有限公司，广东 广州 510435;华南理工大学材料学院，广东 广州 510640
禁毒主题【正文语种】短开头的成语中 文
【中图分类】TQ174.6+53
0 引 言属兔好不好
梭式窑是陶瓷工业应用最广泛的间歇式窑炉之一，容积由小于一立方米以下到上百立方米甚至几百立方米，烧成温度由1000 ℃以下到1800 ℃，有部分梭式窑能耗较低、热效率较高甚至超过某些隧道窑。梭式窑是间歇式窑炉，每一生产周期都要经受由低温—→高温—→保温—→冷却过程；制约窑炉的升降温过程，影响窑内烧成温度均匀性及烧成产品质量的因素错综复杂，如何把握是梭式窑(特别是大容积窑)使用中的关键。如有的窑本身结构
很不错，但由于码坯不合理影响了陶瓷的烧成；有的窑炉本身设计就不合理，结构缺陷很多，但通过合理改造或适当改变码坯方式也可以弥补结构缺陷。我们利用梭式窑烧制蜂窝陶瓷已有十多年实践，本文拟对影响梭式窑内温度场均匀性进而影响产品烧成质量及能耗的主要因素进行分析。
梭式窑具有劳动条件较好、造价低、占地少、基建投资少、建造周期短，窑内温度分布较均匀等优点；在生产中比隧道窑、辊道窑等连续操作的窑炉具有更大的灵活性，可随时更改烧成制度烧制不同产品，以适应市场变化的需求；同一台梭式窑，可烧制不同要求的制品，还可用于新产品的试烧及制品重烧；生产周期短，安排灵活，可在假期停窑休息
[1]。随着大体积梭式窑的广泛应用，其年产量也非常可观。因此，梭式窑已成为工业发达国家中陶瓷工业的主要烧成装备之一，新建的梭式窑数量近年来呈上升趋势。
瑞士国家队但梭式窑也有其缺点。因烧成过程中窑炉的温度随着升温曲线的不同需要不断变化，必然产生窑体的蓄热损失及冷却制品余热无法回收利用；烟气温度高，烟气所带走的热量未能
得到充分利用，排烟热量损失大，能耗高、热效率低；使用高速烧嘴导致在低温下，过大的空气过剩系数，加大了烟气量的排出及带出的热量，浪费了燃料；对于控制系统的要求相对较高，窑温、窑压、气氛等参数要按一定的烧成制度变化等。
1 窑炉结构及材料是关键
由于梭式窑为间歇式窑炉，其热工特点是不断地经受着冷热循环。因而，窑墙内部的温度场不断发生变化，窑墙内的蓄热及窑体的散热量也不断发生变化，导致能耗高，热效率低。经验证明，低密度、高热阻的材料用作窑炉内壁有利于降低窑墙的蓄热和表面散热，以及升温速率对窑墙中最大温差的影响，升温速率越大，温差越大等
[1]。
本学期的收获
窑炉表面散热约占总热量的8-15%。以轻质陶瓷纤维代替重质耐火砖，重量只有轻质材料的1/6、容重为传统耐火砖的1/25，蓄热量仅为砖砌式炉衬的1/30-1/10，窑外壁温度可降到30 ℃-60 ℃，可使散热总能耗从20.6%下降到9.02%，节能达到16.67%。轻质保温材料使
窑墙结构发生革命性的变化：(1)减少窑墙的蓄、散热；(2)减薄窑壁的厚度；(3)使窑壁的结构简单化。
不少辊道窑已采用进口纳米保温棉，其导热系数为0.036 w/m.k，比国内保温棉0.15 w/m.k小得多，窑墙可减薄为原来的1/4，即75 mm，外表温度下降5 ℃。到目前为止，梭式窑还没有像辊道窑一样采用纳米陶瓷棉作为窑体结构，其窑墙的减簿及保温性能差距也很大。
窑墙的结构型式对快速升温影响也很大。如采用重质耐火砖作为内墙，吸热量大，升温速度比产品慢，故制品向窑墙的一面总是比面向料垛的一面温度低，快速加热的结果会使产品内部产生应力。而轻质砖或陶瓷纤维由于吸热量少会使窑炉墙壁可以快速升温，窑体的热敏性增强，热惯性减小促使窑内升温速度更快，烧成周期缩短。陈立骏经过实践证明，全纤维窑炉的蓄散热仅为传统耐火砖窑炉的11.5%，蓄散热量占供给能量的4.9%，热效率大大提高
[2]。有的在窑内喷涂耐火涂料或在窑内粘贴陶瓷纤维毡条，这样可使窑体的蓄散热极大地降低，减少窑炉的热惯性，可使窑炉快速升温，烧成周期缩短；如果是全纤维窑墙，不但可以保护纤维，使纤维不受烧成气氛、温度场、釉汽场等侵蚀而粉化脱落，节能
降耗，而且可以使窑外壁温度降低，减少热能损失，一般可以使外壁降温20-50 ℃左右。
2 窑车影响更大
梭式窑中的窑车不但承载着烧成的蜂窝制品，而且是窑炉密封、烟道设置的关键部件，起着保温隔热等多重功能。其对窑炉的烧成热耗有更大的影响，故必须采用轻质材料及陶瓷纤维。窑车及窑衬用轻质纤维有利于快速升温、降温，其蓄热量减少对减少窑内温差，均匀窑内温度有很大关系。梭式窑中的窑车和窑体一般不像隧道窑，除了有曲封外还有砂封。梭式窑一般没有曲封，故窑的密封性相对较差。当窑内负压较大时，大量的冷空气从曲封处漏入窑内，使窑内靠近曲封的上方因漏入冷空气温度低，造成窑内上下温差，有的可高达100 ℃。有的梭式窑窑车设置了砂封，但不设曲封，虽然可以降低漏风量，但因为没有曲折密封，砂封槽直接受高温气体辐射易变形，且因窑门处砂封槽未能封闭，与大气连通，故漏气造成对窑内靠近窑门处的温度与气氛有较大的影响，使靠近窑门处温度偏低；同时窑内的高温气体对窑车架直接辐射，导致车架温度升高变形，不但浪费能源而且易使窑车损坏或进出车受阻。所以大多数的梭式窑在结构上采用双曲封密封形式及砂封一
起保证窑炉密封性。
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图1 利用梭式窑烧成蜂窝陶瓷
Fig.1 Firing honeycomb ceramics in shuttle kiln
3 燃烧系统及烧成技术
烧嘴是梭式窑能耗大小的关键之一。一般简易式梭式窑使用文丘里烧嘴，其不像一般的烧嘴，燃料和助燃风采用不同管路供给，控制不同的燃料及风，以达到控温的目的。它是通过液化气或轻柴油的压力引射周围的空气，故燃料量多少与进入炉内空气量不成正比例，影响燃料的充分燃烧。特别是在低温阶段，梭式窑低温阶段需要热量少，烟气流量小，窑内温差大，温度不均匀，漏入的冷空气更降低了火焰周围的温度，影响其换热速度及换热，影响梭式窑内升温速度和烧成质量。同时在温度较低时的抽力对窑内压力的影响也很大，特别对烧嘴周围空气的吸入量影响很敏感。当抽力大时，烧嘴周围吸入大量的冷空气降低附近的温度使窑内产生很大的温差。
燃烧系统特别是烧嘴的不同直接影响着窑内的气体流动，也即是影响着窑内的温度场分布。烧嘴布设的多少对温度场的停滞区影响很大。烧嘴多，则停滞区小，窑内温差小，温度均匀，而窑墙两侧烧嘴分布的数量越少停滞区域也就越大。为了使窑内温度均匀，缩小停滞区，不同位置烧嘴的燃料量应有所不同，以利于气流的搅拌作用。另外，还应适当增加两面都是料垛的烧嘴的燃气量，以提高它的压头，增加射程，便于料垛的热交换。
图2 高速烧嘴布置有利窑内气体循环
Fig.2 The layout of high-speed burners for efficient circulation of combustion air in shuttle kiln
高速调温烧嘴一般出口速度可达100 m/s以上(BR型普通烧嘴为30 m/s)，由于对流的换热能力与燃气速度的0.8次方成正比(Q＝KV
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