工业窑炉概述简介
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其分解速度就加快一倍。
在烧制陶瓷制品时，在温度为200～ 500℃这 一阶段，排除的即为此类结构水(粘土矿物中的结 晶水和层间水)，此时分解速度快，制品也不致开 裂。
8
在快速烧成窑中，若坯体干燥(入窑水分<0.5%)，脱水温度提
高到700℃，只需几分钟就可以达到完全脱水的程度。
将高岭石的温度再升高，至980℃左右，遂发生放热反应而开 始生成莫来石(3A1203·2SiO2)并发生明显体积收缩。所以应将70% 左右的粘土先行煅烧成熟料，促使其体积稳定后再加工制砖。
16
固相反应是传统硅酸盐材料以及新型无机功能材料生 产过程中的基本反应，它直接影响到这些材料的生产过 程和产品质量。
固体和固体之间反应的特点是反应只在相界面上进行。 首先在相界生成一产物层，接着在相界上继续进行反应。 因此反应物在产物层中的扩散往往成为控制反应速度的 主要因素。
(四) 烧结
17
9
碳酸盐、硫酸盐类矿物在500~1000℃进行分解反应，成为多孔质的
氧化物：
CaCO3 ⎯6⎯00~⎯105⎯0C→ CaO + CO2 MgCO3 ⎯4⎯00~⎯900⎯C→ MgO + CO2 4FeCO3 + O2 ⎯⎯800⎯C→ 2Fe2O3 + 4CO2 Fe2 (SO4 )3 ⎯560~⎯750⎯C→ Fe2O3 + 3SO3 MgSO4 ⎯氧⎯化⎯焰⎯900⎯C,还⎯原焰⎯9⎯00⎯C→ MgO + SO3
如果这种氧化物不需要进一步反应，则这种反应活性是不利的，因为 它们易于水化、碳化，这就需要在更高的温度下烧成更稳定的形态， 如用做耐火材料原料时的情况。
14
陶瓷制品: 碳酸盐、硫酸盐的分解应在釉面玻化以前完成，
以便生成的CO2、 SO3气体排除干净，否则在釉面玻化时反应还 在进行，气体排不出，就会使制品起泡，影响制品质量。
原料的配合，成型加工过程，燃料的选用等也至关重要。
如原料在烧成过程中的物理化学变化、窑炉结构及操作原理、燃 料燃烧与炉内传热等，达到优质、高产、低消耗和改善操作条件的目 的。
4
第一节 烧成反应与煅烧的热 工设备
一、烧成反应的分类 (一) 分解反应(热分解) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二）晶型转换 （三）固相反应 （四）烧结 （五）熔融 二、窑炉的分类 三、窑炉参数控制
水滑石 (Mg(OH)2)、 蛇纹石(3MgO 2SiO2·2H2O)、 菱苦土(MgCO3)， 白云石(CaCO3·MgCO3)及 方解石(CaCO3) 加热时因脱水或分解出CO2而呈现吸热峰。
7 高岭石在500~650℃左右开始脱水，放出约14
％的水分，生成偏高岭石：
A12O3·2SiO2·2H2O→A12O3·2SiO2+2H20 分解属一级化学反应，温度每升高100℃，
(一)分解反应(热分解)
5
热分解：由氢氧化物、碳酸盐等所组成的原料，在加 热到一定的温度时，逸出其中的水分或CO2的过程。分 解后所得为无水物或氧化物。分解反应为吸热反应。
高岭石(Al203·2SiO2·2H2O)、
水铝石(Al203·H2O)、
叶蜡石(A12O3·4SiO2·H2O)、
6
窑炉简介
1
2
无机非金属材料制品：陶瓷、耐火材料、水泥、 玻璃以及石膏、石灰等， 一般都是将经过加工处理 的原料置于高温下经煅烧反应而制得的。此高温加工 的过程称之为烧成。
烧成所需设备在无机非金属材料工业中称之为窑炉。
烧成在无机非金属材料工业生产过程中是关键的 工序。制品的产量、质量以及能耗高低在很大程度上 取决于烧成工序，即与制品的烧成工艺(温度制度、 气氛与压力制度)、窑炉的类型及流程等有密切的关 系。
粘土类及其他原料的烧成制品，在烧成 过程中的固结现象皆称为烧结。烧结的目 的是把粉状物料转变为致密体。
烧结的形式大致可分为二种：
一种是坯料在高温下形成共熔物，然后 降至低温时生成玻璃相或结晶相而烧结， 这种烧结称为液相烧结。如一般陶瓷器坯 体、水泥熟料和耐火制品的烧结；
另一种是原料粉末加压成型、加热烧结，烧结时并无液相生成，此 类烧结称固相烧结。如粉末冶金，氧化铝、氧化铁等的烧结。
(二) 晶型转换
15
天然矿物一般均呈低温晶型，烧成时就会转变成高温晶型。
在转换温度下，有的产生可逆的急剧变化，如β α型之转换；
有的成非可逆的迟钝型转换。
这些转换伴有显著的体积膨胀或收缩，如果使用会发生这类变化
的原料时，在烧成过程中，必须使其变成稳定的高温晶型。石英就是
最好的例证。
(三) 固相反应
固相烧结与固相反应的不同之处是固相反应必须至少有两个组元参 加(如A与B)，并产生化学反应最后生成AB，AB的结构与性能不同于 A与B。
18
19
而固相烧结可以只有单组元、或者两组元参加，但两组元并不发
生化学反应，仅仅是在表面能驱动下由粉体变成致密体。
实际生产中由于不可避免地有杂质存在，因此固态烧结时会同时 伴随发生固相反应或出现液相。
11
=
dy
d
=
kF PCO2
(6-1-1)
式中 ---碳酸钙的分解速度；
y--- 时间后CaCO3被分解的量；
k---分解速度常数
PCO2
---CaCO3分解压和气相中CO
分压之差；
2
F---分解反应的表面大小。
12
分解反应的表面F即两相界面，在分解过程中不断缩小，且正比于
未分解碳酸钙量的2／3次方，即
2
F = c(Y - y) 3
式中 Y - - - CaCO3的原始质量； c - - -比例常数。
如果将 y Y用分解程度来表示，则有：
= 1- (1- c,PCO2 )3
(6 -1- 2)
式中 - - - 分解率；
c, - - - 系数。
分解反应所生成的氧化物富于反应活性。
13
如果这种氧化物立即进一步反应生成所需化合物，则这种反应活性是 有利的，如在水泥熟料烧成中那样。
10
在以石灰石为主要原料的水泥熟料烧成过程中，由于碳酸盐
分解吸热量很大(一般为1800 ~2060kJ／kg料)，分解反应对烧成的速
度与热耗影响都很大。
这时，碳酸盐的分解不仅取决于化学反应过程，还受到热量传递 和质量传递 (CO2的扩散)的影响；
在只考虑化学动力学过程时，碳酸钙分解速度可用下式表示：
在烧制陶瓷制品时，在温度为200～ 500℃这 一阶段，排除的即为此类结构水(粘土矿物中的结 晶水和层间水)，此时分解速度快，制品也不致开 裂。
8
在快速烧成窑中，若坯体干燥(入窑水分<0.5%)，脱水温度提
高到700℃，只需几分钟就可以达到完全脱水的程度。
将高岭石的温度再升高，至980℃左右，遂发生放热反应而开 始生成莫来石(3A1203·2SiO2)并发生明显体积收缩。所以应将70% 左右的粘土先行煅烧成熟料，促使其体积稳定后再加工制砖。
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固相反应是传统硅酸盐材料以及新型无机功能材料生 产过程中的基本反应，它直接影响到这些材料的生产过 程和产品质量。
固体和固体之间反应的特点是反应只在相界面上进行。 首先在相界生成一产物层，接着在相界上继续进行反应。 因此反应物在产物层中的扩散往往成为控制反应速度的 主要因素。
(四) 烧结
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碳酸盐、硫酸盐类矿物在500~1000℃进行分解反应，成为多孔质的
氧化物：
CaCO3 ⎯6⎯00~⎯105⎯0C→ CaO + CO2 MgCO3 ⎯4⎯00~⎯900⎯C→ MgO + CO2 4FeCO3 + O2 ⎯⎯800⎯C→ 2Fe2O3 + 4CO2 Fe2 (SO4 )3 ⎯560~⎯750⎯C→ Fe2O3 + 3SO3 MgSO4 ⎯氧⎯化⎯焰⎯900⎯C,还⎯原焰⎯9⎯00⎯C→ MgO + SO3
如果这种氧化物不需要进一步反应，则这种反应活性是不利的，因为 它们易于水化、碳化，这就需要在更高的温度下烧成更稳定的形态， 如用做耐火材料原料时的情况。
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陶瓷制品: 碳酸盐、硫酸盐的分解应在釉面玻化以前完成，
以便生成的CO2、 SO3气体排除干净，否则在釉面玻化时反应还 在进行，气体排不出，就会使制品起泡，影响制品质量。
原料的配合，成型加工过程，燃料的选用等也至关重要。
如原料在烧成过程中的物理化学变化、窑炉结构及操作原理、燃 料燃烧与炉内传热等，达到优质、高产、低消耗和改善操作条件的目 的。
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第一节 烧成反应与煅烧的热 工设备
一、烧成反应的分类 (一) 分解反应(热分解) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二）晶型转换 （三）固相反应 （四）烧结 （五）熔融 二、窑炉的分类 三、窑炉参数控制
水滑石 (Mg(OH)2)、 蛇纹石(3MgO 2SiO2·2H2O)、 菱苦土(MgCO3)， 白云石(CaCO3·MgCO3)及 方解石(CaCO3) 加热时因脱水或分解出CO2而呈现吸热峰。
7 高岭石在500~650℃左右开始脱水，放出约14
％的水分，生成偏高岭石：
A12O3·2SiO2·2H2O→A12O3·2SiO2+2H20 分解属一级化学反应，温度每升高100℃，
(一)分解反应(热分解)
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热分解：由氢氧化物、碳酸盐等所组成的原料，在加 热到一定的温度时，逸出其中的水分或CO2的过程。分 解后所得为无水物或氧化物。分解反应为吸热反应。
高岭石(Al203·2SiO2·2H2O)、
水铝石(Al203·H2O)、
叶蜡石(A12O3·4SiO2·H2O)、
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窑炉简介
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无机非金属材料制品：陶瓷、耐火材料、水泥、 玻璃以及石膏、石灰等， 一般都是将经过加工处理 的原料置于高温下经煅烧反应而制得的。此高温加工 的过程称之为烧成。
烧成所需设备在无机非金属材料工业中称之为窑炉。
烧成在无机非金属材料工业生产过程中是关键的 工序。制品的产量、质量以及能耗高低在很大程度上 取决于烧成工序，即与制品的烧成工艺(温度制度、 气氛与压力制度)、窑炉的类型及流程等有密切的关 系。
粘土类及其他原料的烧成制品，在烧成 过程中的固结现象皆称为烧结。烧结的目 的是把粉状物料转变为致密体。
烧结的形式大致可分为二种：
一种是坯料在高温下形成共熔物，然后 降至低温时生成玻璃相或结晶相而烧结， 这种烧结称为液相烧结。如一般陶瓷器坯 体、水泥熟料和耐火制品的烧结；
另一种是原料粉末加压成型、加热烧结，烧结时并无液相生成，此 类烧结称固相烧结。如粉末冶金，氧化铝、氧化铁等的烧结。
(二) 晶型转换
15
天然矿物一般均呈低温晶型，烧成时就会转变成高温晶型。
在转换温度下，有的产生可逆的急剧变化，如β α型之转换；
有的成非可逆的迟钝型转换。
这些转换伴有显著的体积膨胀或收缩，如果使用会发生这类变化
的原料时，在烧成过程中，必须使其变成稳定的高温晶型。石英就是
最好的例证。
(三) 固相反应
固相烧结与固相反应的不同之处是固相反应必须至少有两个组元参 加(如A与B)，并产生化学反应最后生成AB，AB的结构与性能不同于 A与B。
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而固相烧结可以只有单组元、或者两组元参加，但两组元并不发
生化学反应，仅仅是在表面能驱动下由粉体变成致密体。
实际生产中由于不可避免地有杂质存在，因此固态烧结时会同时 伴随发生固相反应或出现液相。
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=
dy
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=
kF PCO2
(6-1-1)
式中 ---碳酸钙的分解速度；
y--- 时间后CaCO3被分解的量；
k---分解速度常数
PCO2
---CaCO3分解压和气相中CO
分压之差；
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F---分解反应的表面大小。
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分解反应的表面F即两相界面，在分解过程中不断缩小，且正比于
未分解碳酸钙量的2／3次方，即
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F = c(Y - y) 3
式中 Y - - - CaCO3的原始质量； c - - -比例常数。
如果将 y Y用分解程度来表示，则有：
= 1- (1- c,PCO2 )3
(6 -1- 2)
式中 - - - 分解率；
c, - - - 系数。
分解反应所生成的氧化物富于反应活性。
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如果这种氧化物立即进一步反应生成所需化合物，则这种反应活性是 有利的，如在水泥熟料烧成中那样。
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在以石灰石为主要原料的水泥熟料烧成过程中，由于碳酸盐
分解吸热量很大(一般为1800 ~2060kJ／kg料)，分解反应对烧成的速
度与热耗影响都很大。
这时，碳酸盐的分解不仅取决于化学反应过程，还受到热量传递 和质量传递 (CO2的扩散)的影响；
在只考虑化学动力学过程时，碳酸钙分解速度可用下式表示：