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辊道窑的窑体结构
第一章辗道窑的窑体结构
1.1概述
辘道窑是一种截而呈狭长形的隧道窑，与窑车隧道窑不同，它不是用装载制品的窑车运转，而是由一根根平行排列、横穿窑工作通逍截而的辘子组成“馄道”,制品放在馄道上，随着馄子的转动而输送入窑，在窑完成烧成工艺过程，故称辘道窑。
1.1.1辗道窑的分类
轮道窑可按使用的燃烧结构分类，也可按加热方式分类，还可按通道多少来分类。
一般对建工业辘道窑结合燃料与加热方式进行分类。
1•明焰馄道窑一一火焰进入辘道上下空间，与制品接触并直接加热制品。
（1）气烧明焰轮道窑。
常用的气体燃料有：
天然气、发生炉煤气、石油液化气等，要求煤气是洁净的。
（2）烧轻柴油明焰馄道窑。
由于供汕系统比供气系统简单，投资也较少，国近些年建造的明焰馄道窑大多为烧轻柴汕的。
2.隔焰辘道窑一一火焰一般只进入与窑道隔离的马弗道中，通过隔焰板将热虽辐射给制品并对其进行加热。
（1）煤烧隔焰馄道窑
煤在火箱中燃烧，火焰进入辘道下的隔焰道（马弗道），间接加热制品。
国有些煤烧馄道窑为稳泄窑温、减少上下温差，采取在辘上安装若干电热元件（硅碳棒），对制品进行补偿加热，对提髙产品质戢有一立的效果。
这类馄道窑可称为煤电混烧辘道窑，但也属煤烧隔焰馄道窑的畴。
（2）油烧隔焰馄道窑
以重油或渣油为燃料，火焰一般也是进入窑道下的马弗逍中，间接加热制品。
我国80年代初建造的油烧隔焰馄道窑除馄下设马弗道外还在辘上增设马弗道，但后来一般都取消了上马弗逍。
80年代中后期，烧重油的辘道窑大都改进为油烧半隔焰辘道窑，即在适当的部位留设放火口，使部分燃烧产物进入工作通道中。
由于油烧半隔焰馄道窑除放火口外，其他结构与油烧全隔焰辘道窑类同。
故可将它归在一类。
3.电热馄道窑一一以安装在辘道上下的电热元件（硅碳棒或电热丝）作热源，对制品辐射加热。
适用于电力资源丰富的厂家或小型馄道窑。
在上述几种类型的馄道窑中，由于明焰辘道窑的燃烧产物直接与制品接触，对提高传热效率、均匀窑断而温度场、节能等都是有利的，代表了辘道窑的主流。
当然，各地有自己的资源特点，其他类型的辘道窑在我国也得到了广泛的应用。
轮道窑还可按工作通道的多少来分类：
有单层轮道窑、双层馄道窑、三层辘道窑等。
多层馄道窑可节省燃料，缩短窑长，减少用地，降低投资费用。
但由于层数增多，使入窑及岀窑的运输线、联锁控制系统、窑炉本身结构都复杂化，给清除砖坯碎片更是带来不少困难。
我国目前大多采用单层辘道窑，有的采用两层通道，一层用来焙烧制品，另一层用于干燥坯体。
干燥热源利用焙烧层的余热。
一般说来，当窑宽较窄、工作温度也不太高、占地受到限制时宜采用多层，但一般也不宜超过三层。
其他情况下以单层为好，以后没有特别说明均指单层辘道窑。
1.1.2辐道窑的分带及工作系统
馄道窑属连续性生产的隧道式窑炉，如同窑车隧道窑一样，按制品在窑进行预热、烧成、冷却的三过程也可将馄道窑分为三带：
预热带、烧成带、冷却带。
由于馄道窑外宽尺寸全窑一般无变化，故轮道窑一般按制品温度来划分：
窑头至850〜900C作为预热带，850〜900°C到制品成瓷温度（包括保温）为烧成带，余下部分为冷却带。
当然也可按窑体结构来划分，如：
隔焰辘道窑一般将设有燃烧系统的部位作为烧成带，烧成带之前至窑头部分为预热带，烧成带之后至窑尾部分为冷却带：
明焰馄道窑则多以辘上下均设有烧嘴部位作为烧成带，两头分别为预热带与冷却带。
但有的明焰辘道窑辘上下布置烧嘴的部位很长，甚至布程到排烟口处，这样划分就未免不合理。
辘道窑的工作系统，是指窑气体的运动路线，包括送风系统、燃料供应系统及排烟系统等。
根据制品的饶成工艺合理地布宜工作系统，是设计结构合理的辘道窑的前提。
馄道窑类型不同，工作系统也不相同，下而简单介绍两种典型的工作系统。
图1-1油烧隔焰規道窑工作系统
1-窑尾进冷风2-抽热风3-急冷风4-油管路5-窑道排气
6-隔焰道排烟7-烧嘴8-烧嘴9-助燃供风
图1-1为烧重油隔焰馄道窑的工作系统。
重汕经油管4进入烧嘴7、8,助燃及雾化空气由风管9进入烧嘴。
烧嘴7共6只，交错布宜在隔焰道的侧墙上，喷火口的中心线与窑的中心线成45。
交角：
烧嘴8共2只，安装在饶成带与冷却带交界处下方、隔焰道的端部，与窑的中心线平行。
各烧嘴喷出的火焰均进入隔焰道燃烧，通过隔焰板将热量传给制品后，进入设在窑头下部的四对排烟口，然后经支烟道、主烟道6,由排烟机排空，5为设在预热带前部窑顶上的排气孔，用于排除坯体放出的水气、反应气及釉料挥发物。
3为急冷鼓风（一般为辘上、馄下同时鼓风），1为窑尾鼓风，以达到快冷的目的。
2为抽出热风，可送作坯体干燥用，以利用余热。
图1-2为气烧明焰辘道窑的工作系统。
全窑共29节，其中第1〜4节为排烟段，由上、下务4对排烟管分布在窑顶和窑底，由排烟风机1抽出来自烧成带的烟气。
抽岀的烟气一部分排空，一部分送至干燥器供生坯预热干燥。
第5〜9节每节馄上、下各设有一个烧嘴；第10〜14卄每节馄上、下各设有1对烧嘴：
所有烧嘴均采取对侧交错布置。
第15〜18节为高温成瓷区，烧嘴布苣较密，每节馄上、下交错设置2对烧嘴。
煤气由煤气站2经煤气总管与支管分别送入各烧嘴，助燃空气则由风机3经风管送入烧嘴。
第19〜20节为急冷段，由急冷风机4
将冷风由馄上、下的8对急冷风管喷入窑，对制品上下吹风进行急冷。
第21〜24为缓冷段，在第22〜25盯每节窑体上下都设有抽热风分管，由抽热风机5从总管中将进入分管的余热风抽岀，与预热带排烟段排出的烟气混合后，作为干燥器的热源。
在最后一廿的窑体，上下％设三台轴流风扇6,对产品吹风强制快冷.使产品出窑温度不致过髙。
1.13窑体基本结构
明焰式辘道窑的窑体由窑墙、窑顶和窑底帀成的窑道构成。
图1-3为烧轻柴油单层明焰辘道窑结构图，窑道中穿过的馄子1构成工作通道底而，馄道平面以上的窑道称为工作通道，故辘道窑又称为辄底窑。
隔焰式辘道窑与明焰辘道窑有较大的区别，除窑道外在预热带和饶成带还设有隔焰逍（俗称火道），而且与隔焰式窑车隧道窑不同，隔焰道不是设在烧成带和预热带的两侧，而是设在烧成带和预热带的下部（故称下火道），火逍与窑道用隔焰板隔开，火道底才是窑底，图1-4为烧重油隔焰辘道窑结构图。
1.2辐道窑窑体主要尺寸及其确定
辘道窑窑体主要尺寸的确左主要取决于产量、窑型、燃料种类及产品规格等，表1-1列出了我国一些辘道窑主要尺寸的数据。
以下仅就馄逍窑的宽、髙、窑长的确左原则或讣算方法作一简单叙述。
表1-1我国一些辗道窑主契尺寸数据
窑炉使用厂家
产品
产ft/
万
in2•a-1
使用燃料
烧成
温度
re
烧成
周期/
min
窑长/
m
窑宽/
m
烧成带覘上
/轮下髙/
mm
窑炉制
造单位
威远瓷厂
釉面砖
20
煤烧隔焰
1080
45
42
0.8
150/150
国自建
瓷厂
墙地砖
45
重油半隔焰
1140
50
70
1」7
250/350
国自建
瓷厂
瓷质砖
62
柴油明焰
1250
50
66
1.5
国自建
金航瓷公司
釉面砖
130
柴油明焰
1130
45
903
2.3
371/395
国自建
华达瓷厂
墙地砖
50
柴油半隔焰
1150
50
61.56
1.32
200/220
国自建
石湾东平瓷厂
彩釉砖
55
重油半隔焰
1150
50
60.9
1.46
297/200
国自建
石湾银E0瓷厂
墙地砖
70
柴油明焰
60
83.6
1.56
347/540
国自建
彩釉砖厂
瓷质砖
30
煤气明焰
1245
72
51
1.5
385/431
国自建
华峰瓷厂
玻化砖
110
柴油明焰
1250
60
79.2
1.88
355/393
HEIMSOTH
建厂
彩釉砖
120
煤气明焰
1250
60
80.8
2.3
740
（窑总高）
POPI
醴陵长城彩釉砖厂
彩釉砖
100
煤气明焰
1200
55
81.88
1.25
195/210
SITI
石湾建国瓷厂
釉面砖
200
液化气明焰
1040
40
52.5
2」
SITI
石湾建国瓷厂
彩面砖
100
液化气明焰
1080
35
51
1.8
TAKASAGO
石湾化工瓷厂
釉面马赛克
55
柴油明焰
1205
60
76
2.5
TAKASAGO
石湾日用一厂
玻化砖
80
柴油明焰
1235
60
77
1.8
POPI
石湾三联瓷公司
广场砖
40
液化气明焰
1300
180
64.5
1.2
TAKASAGO
石湾彩洲瓷厂
卫生洁具
30
（万件）
液化气明焰
1250
10.5
（h）
74
1.4
MORI
兆峰瓷厂
日用瓷
2.4
（万件）
天然气
1420
5.5（h）
57.7
1.75
400（眾上高）
HEIMSOTH
1.2.1窑宽
窑宽为窑道两侧墙间的距离，目前一般为1.5m左右。
从产量来说，越宽无疑产量越大，但加大窑宽受到三方面制约：
（1）辘子：
辘子长应大于窑宽与两倍窑墙厚之和，国产辘棒大多长3m左右（现也有3m以上的馄子），而且窑越宽对馄子的热性能、机械性能及安装要求就越髙。
（2）窑顶：
窑宽了一般须用吊顶，使窑顶结构复杂，费用增加。
（3）窑宽：
窑宽越大，保证窑横向温度均匀性的难度就越大。
从目前我国现有辘道窑的现状来看，一般煤烧隔焰辘道窑的宽在800〜1000mm,油烧隔焰辘道窑宽为1000〜1500mm,明焰辘道窑宽一般为1500-2000mm,现我国也有2000mm以上的宽体馄道窑。
当然，无论从提高产量、还是从提髙热利用率角度考虑，只要馄子、砌筑材料以及烧嘴等性能进一步提高，轮道窑无疑应向宽体窑方向发展，从我国近十几年发展史来看也确是如此。
而且，目前国已开始着手宽体窑的设计与建造，例如，华夏集团窑炉公司在消化吸收国外技术基础上，为金航瓷设计建造的长108m、宽为2.3m的油烧明焰轮道窑已试烧成功，烧出了质量很好的产品。
窑宽的确定主要是根拯选用的燃料及窑型，并参考上述经验数据，由产品尺寸来计算。
由于建筑瓷砖馄道窑砖坯进窑时，砖坯间并不留间隙，只要将瓷砖外形尺寸换算成砖坯尺寸（坯体尺寸），乘上每排所放砖坯数再加上砖坯离窑壁的间隔即为窑宽。
砖坯离窑壁间隙可取经验数据100〜200mm。
例1-1：
设计年产500000m2200mmX200mmX8mm的彩釉砖气烧辘道窑的主要尺寸。
解：
产品宽度为200mm,考虑烧成收缩为10%,则:
坯体尺寸=产品尺寸十（1.烧成收缩）=2004-（1-10%）=222mm
坯体离窑墙壁一般应有100〜200mm间隙，取150mm：
暂泄窑宽B=1500mm,则可排砖数为：
（1500-150X2）三222=5.4
确定并排6片,则窑宽B=222X6+150X2=1632
最后泄窑宽B=1630mm
1.2.2窑髙
高为窑道整个空间的高度，等于馄上髙（辘道中心线至窑顶的距离）与馄下高（辘道中心线至窑底或隔焰板的距离）之和。
轮上高应大于制品髙度，因建筑瓷砖高度都很小，又是单层焙烧，容易得到保证，因此只要考虑气流顺畅就可以了。
但对卫生瓷等大件制品，则馄上高应比轮半径、垫板厚度及最大制品高度之和稍大。
馄下髙则主要是保证处理事故的方便。
如馄下没有足够的空间，一旦从馄上掉下制品，就要发生阻挡，影响制品正常运行，甚至造成停窑。
所以，从理论上来说对焙烧建筑瓷砖的馄道窑辘下髙最好应大于砖对角线长度，但对于大制品，按此讣算会适成高太大，既增大了窑墙散热，也不利于窑传热。
由于制品从馄上掉下，一般都发生了破损（大件制品尤其如此），尺寸都比整砖小了，故据各地辘道窑实际状况来看，馄下高只要大于制品长边就足够，对大件制品，馄下通道等于制品长边也就可以了。
窑髙除与制品尺寸因素有关外，还与窑的类型有关。
对明焰或半隔焰馄道窑，因要保证烟气流动畅通及一泄的燃烧空间，一般稍大，窑总高为500〜850mm：
而对隔焰馄道窑，从传热的角度看，小一点为好，当然要保证一泄的馄下高以方便处理事故，窑总高一般为350〜500mm」
1.2.3窑长
我国在开始建造馄道窑的初期，由于传动系统不精密、辘子平整度较差，运行中产品容
易发生跑偏.故馄道窑都建得较短（30〜40m）o随着传动系统与馄子质量的改进，现在除煤烧隔焰辘道窑考虑到成本低，窑长一般仍在40m左右，国外先进的辘道窑一般类似隧道窑的长度,为70〜80m,有的甚至达100m以上。
窑长主要取决于产量，对建筑瓷砖可按下列公式计算：
（1-1）
介匕—窑容量（每窑）（、
，1/、一装窑密度（加2/每米窑长）
其中:
装窑密度=每米排数X每排片数X每片砖而积（m"每米窑长）（1・3）
例1-2：
计算上例的窑长,已知烧成周期为lho
解：
选年工作日为340d/a,参考同类工厂产品合格率取为90%°
装窑密度二（1000222）X6X0.22=1.081
因此窑长：
L=68.14-1.081=63（m）
1.3辐道窑窑体砌筑材料
传统的隧道窑窑体砌筑材料大多为粘上质或高铝质耐火砖或保温砖，这些材料的特点是密度大、强度低、保温性能差。
用这些材料砌筑的窑墙厚、窑体散热损失大，难以满足轻型、快烧辘道窑的要求。
70年代以来，国外都在不断开发新型轻质高温耐火材料，并应用于馄道窑窑体砌筑上，取得了良好效果，促进了辘道窑的发展。
1.3.1国外轻质耐火材料介绍
这类轻质耐火材料的主要特点为：
密度小，绝热性能好，又可耐髙温，热稳泄性好。
用它们砌筑的窑体，起耐火和隔热双重作用。
因此，墙薄、体轻、散热损失小，适于快速烧成。
国外这类产品的氧化铝含量、使用温度及强度均已系列化，这些轻质耐火材料可直接用作衬在火焰温度下工作。
表1-2与表1-3分别列出了美国ThermalCeramics公司与法国Manville公司的轻质耐火砖主要性能。
表1-2美国ThermalCeramics公司轻质耐火砖的主要性能
商品标号
K-20
K-23
K-25
K-26
K-28
K-30
K-3000
Insalcor
颜色
绿
红
蓝
棕
橘黄
黑
紫
白
使用温度/°C
1100
1260
1370
1430
1540
1600
1650
1790
密度/kg•nr3
470
500
610
力0
820
820
930
1310
断裂模fi/MPa
0.77
0.98
0.98
1.12
1.47
1.68
1.82
3.5
常温耐压强度/MPa
0.77
1.02
1.54
1」9
1.54
2.07
1.93
7.0
导热系数/W・（m・K）“
0」7
0」9
0.20
0.35
0.36
0.43
0.40
0.91
热膨胀系数门0・L
5.4
5.4
5.8
5.2
5.2
5.2
5.2
6.8
表1-3法国Manville公司轻质耐火砖的主要性能
项目
品种
最高使
用温度
rc
密度
/kg•nr5
常温耐
压强度
/MPa
抗折
强度
/MPa
重烧线变化
/24h%
导热系数
K）-1
热震稳定性（空冷次数）iocxtc
AI2O3
%
大于
FeO
%
小于
800C
1200C
JM20
1100
450
o.s
0.7
0」
0」1
30
3&5
0.8
JM23
1260
480
1」
0.9
0.2
0」8
30
37
0.7
JM26
1430
780
1.6
1.4
0.2
0.31
0.35
30
58
0.7
JM28
1540
880
2」
1.8
0.2
0.36
0.41
30
67.1
0.6
1.3.2国新型耐火材料
1.3.2.1氧化铝空心球砖
氧化铝空心球砖是用工业氧化铝在电弧炉中熔融（2000°C左右）后用压缩空气喷吹成大小直径不等的空心球，经颗粒配比，加入适量硫酸铝水溶液作粘结剂成型，并在175O°C烧结而成的。
氧化铝空心球砖是一种性能优异的髙级隔热耐火材料，它高温绝热性能好［导热系数小于lw/（m*K）］,抗腐蚀性强、耐压强度大（^lOMPa），使用温度达17009,体积密度为1100-
1300kg/m\例如耐火材料研究所开发的氧化铝空心球砖，可直接砌筑在髙温接触火焰而。
但目前价格昂贵，在建工业辘道窑中应用尚不多。
13.2.2高温莫来石质绝热砖
某厂从国外引进技术，研制成功髙温、髙强度、导热系数低、节能效果明显的高温莫来石质绝热砖，其制品性能示于表14中。
表1・4高温莫來石质绝热砖性能
商品牌号
PC-1400系列
PM-1500系列
密度/kg-nr3
600
800
1000
600
800
1000
AI2O3含虽/%
55
55
55
68
68
68
Fe2Oi含址
<0.8
<0.8
<0.8
<0.6
<0.6
<0.6
常温耐压强度/kg・cm“
20
50
80
20
50
80
荷重软化温度/C
1350
1380
1400
1380
1440
1500
耐火度厂C
1750
1750
1750
1790
1790
1790
重烧线收缩率/%
<0.8
<0.5
<0.5
<0.8
<0.5
<0.5
导热系数（35（TC）/w・（m・KN
0.244
0.267
注：
含量指质量分数，下同。
1.323其他轻质高强度耐火材料
除上述介绍的两类外，国许多耐火材料厂近年都开发生产出备类轻质髙强度耐火材料，例如以堇青石为原料的正规化生产线（引进日本技术），已在市石湾日用瓷三厂建成。
表1-5列出国一些新型轻质耐火材料的主要理化性能。
表1-5新型轻质耐火材料主更理化性能
性能
种类
轻质堇
青石保温砖
氧化铝空心球砖
泡沫氧化
铝轻质砖
泡沫商铝轻质砖
空心微珠
轻质砖
轻质
硅砖
漂珠砖
耐火度m
>1900
1890
>1790
1600
1670
1670
抗压强度/MPa
5-7.5
N10
2〜9
2〜9
4
2.5-10
4~6
气孔率/%
66
74
70
62
密ffi/kg-m
1200
1160
600-1200
400-1200
600-1200
800〜130（）
600-1200
重烧收缩率
<-1.0
<2
主要化学
SiOa
36
43
93.01
43
成分含量
AI2O3
>40
99.12
92
70.8
>50
>50
/%
FezCh
<2
<03
<1.78
<2
<2.24
<2
1.33瓷纤维
瓷纤维与苴他轻质耐火材料相比，英隔热性能更好、密度更小，是70年代开始岀现的一种新型髙级保温材料。
国外瓷工业窑炉已普遍用它作窑体填隙和窑顶.窑车的保温材料，甚至直接用于与火焰接触的窑体衬材料，大大降低了窑炉能耗、改善了窑温度场。
瓷纤维在近二十几年来发展得越来越完善。
1.3.3.1瓷纤维的分类
瓷纤维主要分为两个系列，即用熔融法生产的玻璃态纤维和胶体法生产的结晶态纤维，见表1-6。
玻璃态纤维在长期髙温工作条件下发生粉化，主要是析晶与晶型转化而发生体积变化所致，这是此类纤维的致命弱点。
所以，貝使用工作温度不宜过高。
尤其是低档的只宜在600C以下使用。
结晶态纤维则性能较好，并可用在高温工作而，国目前已有生产，但价格较口儿
.页1。
表1・6瓷纤维的分类及其使用温度
方
法
处
别
次
纤维类型
分类温
度/£
垠高使用温度厂C
氣化气氛
还原气氛
连续
短时
熔
融
法
玻
璃
态
低档
普通硅酸铝纤维
<1000
中档
高纯硅酸铝纤维45%~50%A12O3
1260
1100
1260
1100
中档
高纯硅酸铝纤维55%〜60%AhCh
1400
1200
1400
1200
有条
中档
含偌硅酸铝纤维5%CrO
1400
1200
1400
1100
件的
胶
结
商档
莫來石纤维
1350
1450
使用
体
晶
商档
氣化铝纤维
1500
1600
法
态
商档
氧化错纤维
1600
混合态
高纯氧化铝混合纤维
1500
1400
1500
高纯氧化铝混合纤维
1600
1500
1600
表1・7摩根热瓷集团瓷纤维性能
品种
纤维棉
纤维板
Z型组件
分级温度/°c
1260
1425
1260
1260
1430
密度/kg•nr5
140-240
140〜240
比热容/kJ（kg-
l・13（109（TC）
l・13（1090'C）
1.05
220
导热率/w（m•Ky1
0.11-0.13
（400*C时）
0.11-0.13
（400*C时）
主要化学
组成含虽
/%
A1103
46.5
46.5
46.5
46.5
46.5
SiOa
53.0
53.0
53.0
53.0
53.0
FeaO^
0」0
0」0
0」0
0」0
0」0
TiO：
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
ZrO2
14.7
14.7
14.7
133.2国外瓷纤维
国外瓷纤维的生产与应用较早，而且技术亦日趋成熟，现在已加工成各种块状产品，方
便直接用于窑墙或吊顶的施工。
例如，徳国摩根热瓷集团各种耐火纤维制品已被世界许多窑炉公司采用，而且摩根热瓷集团最近已在浦东设立了第一家独资工厂。
国外各种耐热瓷纤维的性能列于表1・7至表1・9中。
表1・8法国Manville公司的瓷纤维产品性能
品种
纤维棉
纤维板
纤维毡
纤维纸
最高使用温度厂C
1425
1260
1425
1260
密度傀-nr3
260
220
比热容（450r）/kJ（kg•°C尸
1.05
1.05
线收缩/%
3（1260^0
1.5（1000°C）
导热率/w•（m•Kr1
0.20（1000rC）
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