陶瓷热工设备
硅酸盐工业热工设备(陶瓷)教学大纲pdf
《陶瓷热工设备》课教学大纲Thermal equipment in ceramics课程编码： 学分：课程类别：计划学时：32 其中讲课：32 实验或实践：上机：适用方向：材料科学与工程（陶瓷）推荐教材：姜洪舟主编《无机非金属材料热工设备》武汉理工大学出版社 2010参考教材：孙承绪主编《陶瓷工业热工设备》武汉工业大学出版社 2008刘振群著《陶瓷工业热工设备》化工出版社 1994姜金宁主编《耐火材料热工设备》冶金工业出版社 1998课程的教学目的与任务陶瓷热工设备课是材料科学与工程专业的一门专业性课程。
主要学习内容是：学习和掌握陶瓷工业生产中所用的烧结设备—工业热工设备的知识。
通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的发展历史；结构、工作原理与操作制度；工业热工设备的设计、计算；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；掌握热工设备的热工测量技术和自动调节知识。
使学生具有使用、改进和设计热工设备以及初步引进科研的能力.课程的基本要求1、本课程以隧道窑为主要内容。
因此，要求学生认真学习和掌握隧道窑的结构、热工设备的发展历史、陶瓷产品的烧成制度，耐火材料与隔热的种类与性能，各种热工设备的工作原理、结构设计计算等2、通过对本课程的学习，使学生对陶瓷工业热工设备的实际工程问题具有一定的分析和解决能力。
3、本课程的先行课程为：工程制图、材料机械、材料力学、流体力学、热工基础等课程。
本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。
4、课程采用课堂教学为主，见习为辅，结合生产实习，以课程设计作为实践教学环，学习工业热工设备的设计以达到对热工设备结构的了解和掌握。
各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）第一章:隧道窑。
计划学时：12[教学目的与要求] 掌握隧道窑的分类，各部结构特点、工作原理及操作原理。
掌握隧道窑与辊道窑操作控制及常用气体燃烧设备及隧道窑与辊道窑耐火材料选择。
陶瓷窑炉的节能技术
陶瓷窑炉的节能技术推荐本文□ 曾令可刘涛王慧刘平安摘要随着“十一五”节能专项规划的出台,国家对高能耗高排放产业的改革势在必行。
陶瓷产业正是高能耗、高污染的行业,必然是改革的重点领域,节能减排也必将是陶瓷产业的大势所趋。
本文详细综述了当前陶瓷窑炉一些先进的节能技术,并对未来节能的发展方向提出了一些展望。
关键词陶瓷窑炉,能耗,节能技术1前言众所周知,国家“十一五”计划中明确提出了“十一五”节能专项规划,要求调整产业结构、能源结构,遏制高能耗高污染行业过快增长,大力推进节能工作,而陶瓷产业正是高能耗、高污染的行业,尤其是对资源的消耗和环境的污染都非常严重,属于政府和大众“紧盯”的行业之一。
在佛山,建筑陶瓷行业的节能、排放和环保问题显得尤为严重,在2007年,在佛山216家能源审计不合格企业的黑名单中,陶瓷企业赫然占了84家,陶瓷企业的变革必然首当其冲。
为此,国家出台了一系列的强制性节能措施,如开征燃油税、环境税,建立政府节能减排工作问责制和一票否决制等机制,以此强制性督促陶瓷产业进行节能改革。
中国陶瓷工业的能源利用率与国外相比,差距较大。
发达国家的能源利用率一般高达50%以上,美国达57%,而我国仅为28%~30%。
在陶瓷工业的一般工艺流程中,能耗主要体现在原料的加工、成形、干燥与烧成这四部分。
其中干燥和烧成工序,两者的能耗约占80%。
在建筑卫生陶瓷方面,国内外能耗存在着一定的差距,如表1所示。
以日用陶瓷在国内烧成能耗的状况为例,燃煤隧道窑为41816~54361kJ/kg瓷,折合1.42~1.85kg标准煤/kg瓷;燃油隧道窑为33453~45998kJ/kg瓷,折合1.14~1.57kg标准煤/kg 瓷;燃气隧道窑为29271~39725kJ/kg瓷,折合1.00~1.35kg标准煤/kg瓷。
而国外窑炉以气体燃料为主,烧成能耗为12545~25090kJ/kg瓷,折合0.43~0.86kg标准煤/kg瓷,烧成能耗只有我国的一半左右[1]。
陶瓷工业热工设备设计优化之探讨
等过程的设计 。通常可按照质量和能量守恒原理建立的平衡 方程 以及过程的速 率方程 ，来确定与运行参数直接相关的设
备结构参数 ， 以及主要的热力学参数和水力学参数（ 可统称作 “ 热工参数 ”等 。在优化设计 中， ） 则是 通过对包含经济性指标
的 目标函数的极大化 （ 或极小化 ） 确定上述这些结构参数和 来 热工参数 。 而随后进行的机械设计 ， 则是在这些结构参数及运
值） 及其对应的设计变量值 。 优化设计方法可 以大大改善和提 高设计的品质 ，并有望使系统和设备均达到最佳或较佳 的运 行状 态 ， 创造出更高、 更大的效益 。优化设计方法的出现是工 程设计方法进展的必然结果 ， 也是市场经济发展的必要前提。 掌握并推广优化设计方法是我国建立和发 展社 会主义市场经 济体制 的一种现实需求 。
陶瓷 工业 热 工设 备设 计优 化 之探 讨
高力 明 刘蓓瑛 ２ 李朝有 ２
（． 西科 技 大 学 ， １陕 西安 ：１０ １２广 西三环 企业 集 团股份 有 限公 司 ， 流 ：３４０ ７０２ ；． 北 ５７０ ）
摘 要 首 先 讨论 了设 计 及 其 优 化 的 一般 概念 ， 以及 热 工设 备 与 系统 优 化任 务 的异 同点 。随后 ， 合 陶 瓷 工 业热 工 设 备设 计 的 实 结
关 键词 陶瓷 ， 窑炉 ， 工设 备 ， 计 ， 优 化 热 设 最 中 图分 类 号 ：Ｑ１ ４６５ 文 献 标 识 码 ： Ｔ ７ ．＋３ Ａ
２ 设 计 与 其优 化
１ 前 言
２１设计的优 化 ．
热工设备和系统就其通用性而 言 ， 以说在几乎所有 的 可 工程领域中都是不可或缺的。不论是 以能源利用和转化为主
际问题， 详尽 地介 绍 了设备优化设计的方法和步骤 ， 包括 ： 如何选定设计 变量和 目标 函数 ， 出特性方程和报价方程 ， 给 建 立最优化数 学模型 ， 求解设计 变量和 目标 函数 极大化（ 或极 小化 ） 采用和推广优化没汁方法 。 可以改进和提升传统的 等。 将 设计方法， 获得 更大的经济效益与社会效益 ， 从而更好地适应我 国的经济转型和现代 陶瓷５ Ａ 的飞速发展 形势。 －ｋ ，
辊道窑的加工制造安装步骤
辊道窑的加工制造安装步骤辊道窑是陶瓷墙地砖制品烧成的大型热工设备。
根据陶瓷烧成工艺合理设计后的辊道窑，经过加工制作、安装施工便投入实际试车阶段，下一步进入便正常生产。
能否将设计者的设计意图准确地反映到实际生产中，使辊道窑及时、合理地投入运行，早日达产增收，辊道窑制作加工、安装施工的各段工序和技术参数就显得极为重要。
下面是辊道窑的加工制作及安装施工技术求和步骤叙述阶段技术要求由于辊道窑窑体结构为分段模数组装式，焊接时框架的热应力变形是难免的。
而这段工序窑炉框架质量的好坏将直接影响到下面一系列工序，甚至影响到将来的窑炉能否使用及使用寿命长短。
因此必须严格控制各个技术参数保证各焊接结构尺寸严格按图纸进行。
所以要严格控制如下技术参数：(1)保证立柱间距(即立柱辊孔中心距)：≤±1.0mm；(2)保证立柱辊孔中心水平误差：≤±0.5mm；(3)保证立柱辊孔对角线：≤±2.0mm；(4)保证立柱辊孔尺寸：上下≤±1.0mm、左右≤0.5±mm；(5)保证窑体框架模数尺寸误差：≤±2.0mm；(6)保证窑架整体下调结余量为：≤±15mm。
窑炉框架安装步骤和技术要求根据上述参数制作完毕的窑炉外框架运到施工现场后，便进入到框架安装阶段(当然，根据具体情况，也可以将窑炉砌筑完毕后拉到施工工地对接安装)。
这是窑架制作工序的延伸，也为下一步各风、电、油路系统安装和耐火材料砌筑作准备工作。
按施工顺序，从框架进入到组装前，必须严格检查各指标是否达到上面规定的技术要求，若达不到，应进行框架的校正工作。
在安装前，还必须检查窑炉基础是否合理，包括：承受荷载能力，水平面误差应控制在≤±10.0mm范围内。
以上各工序检查完毕，进入放线工序。
根据工艺设计图大体确定窑炉中心位置，误差控制在≤±10.0mm之内(即中心到车间立柱或墙中心线之间距离)。
工业窑炉简介
目录目录 (1)工业炉窑简介 (2)一、工业窑炉简述： (2)二、工业炉窑历史、现状 (3)三、行业发展趋势 (4)四、窑炉的工作原理、参数、工艺条件 (4)4.1原理 (4)4.2工业窑炉的参数 (5)4.3工业窑炉的工艺条件 (6)五、工业窑炉节能现状 (6)5.1 热源改造，燃烧系统改造 (6)5.2 窑炉结构改造 (7)5.3 余热回收与利用 (10)5.4 控制系统节能改造 (12)工业炉窑简介一、工业窑炉简述：窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。
按煅烧物料品种可分为陶瓷窑、水泥窑、玻璃窑、搪瓷窑、石灰窑等。
前者按操作方法可分为连续窑(隧道窑)、半连续窑和间歇窑。
按热原可分为火焰窑和电热窑。
按热源面向坯体状况可分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑。
按坯体运载工具可分为有窑车窑、推板窑、辊底窑(辊道窑)、输送带窑，步进梁式窑和气垫窑等。
按通道数目可分为单通道窑、双通道窑和多通道窑。
一般大型窑炉燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。
窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。
电窑多半以电炉丝、硅碳棒或二硅化钼作为发热元件。
其结构较为简单，操作方便。
此外，还有多种气氛窑等。
在具体行业，窑炉还有更多细分类型，如水泥回转窑、玻璃池窑、钢铁的高炉和转炉，化工行业的一些设备也可归为窑炉。
但通常意义上的工业窑炉，范围主要指金属和无机材料的煅烧设备。
窑炉大致分为箱式、井式、梭式、网带式、回转式、窑车式、推板式隧道电阻炉、真空炉、气体保护炉、超高温管式推板炉（碳管炉）、钨钼粉焙烧炉、还原炉等各种高、中、低温工业窑炉，工作温度200～2500℃。
可用于ZnO压敏电阻器、避雷器阀片、结构陶瓷、纺织陶瓷、PTC&NTC热敏电阻器、电子陶瓷滤波器、片式电容、瓷介电容、厚膜电路、片式电阻、磁性材料、粉末冶金、电子粉体、稀土化工、聚焦电位器、陶瓷基板、高铝陶瓷及其金属化，触头材料、硬质合金材料、钨钼材料等的烧成。
陶瓷烧成与窑炉热工
在还原气氛下 CaSO4+CO﹥910℃ CaSO3+CO2↑ CaSO31080～ 1100℃CaO+SO2↑ Fe2O3+CO1000～ 1100℃2Fe+CO2↑ CaO和Fe0促进烧成 致密化，减少泛黄 现象
（3）形成大量液相和莫来石 ①985℃开始出现液相，温度越高，液 985℃ 相越多 液相的作用： A、促使晶体（如莫来石）长大； B、填充坯体孔隙拉紧颗粒，促进坯体致密 化，提高瓷件抗蚀性和机械强度； C、液相会阻碍气体排出，易发生冲泡和变 形。 ②1100℃以上开始形成莫来石. 1100℃以上开始形成莫来石.
（四）、完全燃烧和不完全燃烧 ）、完全燃烧和不完全燃烧
完全燃烧：燃料燃烧后完全转变为不 可再燃烧产物的一种燃烧方式 不完全燃烧：燃料燃烧后的烟气中有 可再燃烧产物的一种燃烧方式
（五）、燃料的种类 ）、燃料的种类
1、固体燃料：柴、烟煤、无烟煤、煤 粉等 2、液体燃料：重油、柴油、焦油、液 态煤等 3、气体燃料：发生炉煤气、焦炉煤气、 液化石油气、天然气
（三）结构和原理图
七、隧道窑
（一）定义
隧道窑是连续烧成陶瓷制品的热工设备， 它的主体是一条隧道，是一种按逆流原 理工作的横焰式窑。
（二）隧道窑的特点： 隧道窑的特点：
1、利用烟气余热预热坯体，废气排出温度 低，约200℃ 低，约200℃； 2、产品冷却之热加热空气，可助燃或作干 燥介质，产品出窑温度低； 3、连续窑，窑体温度不变，不蓄热，热耗 低； 4、产量大，劳动条件好； 5、较适合产品单一的生产： 6、调控不便，一次投资大
1、水分蒸发期（室温～摄氏300℃） 水分蒸发期（室温～摄氏300℃ 此阶段主要是排出干燥中未除掉的水分。 要求：①入窑坯体水分小于2%否则，坯体 要求：①入窑坯体水分小于2%否则，坯体 有可能因水分蒸发而开裂；或与窑炉SO2 有可能因水分蒸发而开裂；或与窑炉SO2 发生化学反应，造成坯体蒙上一层“白霜” 发生化学反应，造成坯体蒙上一层“白霜” 或产生气泡缺陷；②加强窑内通风，使水 汽及时排除。此阶段坯体强度缓慢提高。 一般升温速度：20～35℃ 一般升温速度：20～35℃/hr
热工设备1
(4)型号规格 国产部分中高温井式电阻炉的型号规格于表中。
型号
35-6 Jl74-03 RJ250-12 RJJ-110-8 J2-30 SL69-81 JL77-01
额定功率 (kW) 35 280 50 110 30 90 250
0.7)
测温 仪表
光学 高温 计
全辐 射光 学高 温计
主要特点
采用低电压导电系 统15V，100kW功 率，35min温度可 达构 气氛电炉主要由炉体、温度控制及测量、气氛控制及测试三部
分组成。 气氛电炉能满足各种实验条件的要求，控制方便灵活。
炉膛温度采用热电偶测量，温度控制由精密温度自动控制仪控
11～130
1
1600
730×220×110
15
1
55-16Q
55
380
11～130
1
1600
860×300×190
25
1
48-16Q
48
380
11～130
1
1000～1600
5.感应炉
(1)基本结构 感应炉亦称感应熔炼
炉或感应加热炉。一种无 芯感应熔炼炉的炉体结构。 主要由感应圈、坩埚、倾 炉用液压缸、转动轴、炉 架等机构做组成。按其电 源的频率分，有工频、中 频和高频三种。
11.电子束炉
(1)基本结构 一种四支电子束炉的炉体结构如图所
示。主要由电子束、水冷籽晶夹头、水冷 炉床、静电屏、电离真空和油扩散泵相连 的瓣阀等部件所构成。
(2)工作原理 利用高速运动的电子的能量作为热源
的原理而制成的，故亦称电子轰击炉。
窑炉及陶瓷烧成
葫芦窑是景德镇人在元代把马蹄窑和龙窑的特点 结合起来，产生的新窑体。
葫芦窑综合了马蹄窑半倒焰的技术和龙窑窑体结 构的长处，形成了南北优势并存的产物。
第一讲
窑炉及陶瓷烧成
李萍 2013年5月
陶瓷是火的艺术。 烧成（烧结）是在热工设备中进行的。 这里热工设备指的是陶瓷生产窑炉及其附属设备。 烧结陶瓷的窑炉类型很多，同一种制品可在不同 类型的窑内烧成，同一种窑也可烧结不同的制品。
第一节 窑炉的发展历程——古代窑炉
1. 最原始烧陶的方法是不用窑的 垒坯露天烧：在地面上挖一浅坑或在地面铺上小 石头块，上面放上陶坯后，用干枝柴草围住周围 顶部，外面涂抹较稠的黄土泥，上留通风小孔， 地面点火烧制。
窑内容量大约在200-240m3左右，整个窑由多个室串联组成， 每个窑室有大有小，窑头与窑尾小，越接近中间越大，每个窑 室的隔墙下有通火孔，窑室的每个后顶上有排气口，同时每边 各开一个窑门，窑长因各地不同而异。
8. 明末景德镇创造发明了烧制温度达1300℃以上 的景德镇窑。
窑身如半个瓮俯覆，又似半个蛋形覆置，也象一个前 高后低的隧道。 景德镇窑是在明末清初时期，在葫芦窑基础上演化而 成的。其特点是把葫芦窑两室之间的折腰取消，使之 变成“形如覆瓮”的蛋型，所以也叫瓮形窑或蛋形窑， 景德镇人把这个独具地方特色，独具技术优势的属于
梭式窑
梭式窑是一种现代化的间歇窑，其结构与 隧道窑的烧成带相近，由窑室和窑车两大部 分组成，坯件码放在窑车棚架上，推进窑室 内进行烧制，在烧成冷却后将窑车和制品拉 出窑室外卸车，窑车的运动犹如织布机上的 梭子，故称为梭式窑。
隧道窑概述及优点
隧道窑是现代化的连续式烧成的热工设备，广泛用于陶瓷产品的焙烧生产，在磨料等冶金行业中也有应用。
其中苏联列宁格勒地方设计的最新式隧道窑，较为先进. 隧道窑始于1765年，当时只能烧陶瓷的釉上彩，到了1810年，有可以用来烧砖或陶器的，从1906年起，才用来烧瓷胎，为瓷器的先前工作做足了准备。
最初著名的隧道窑，是福基伦式，到了1910年以后，就渐渐有了许多改进的方式。
图：隧道窑隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。
燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带-- 烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。
在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。
在台车上放置装入陶瓷制品的匣钵，连续地由预热带的入口慢慢地推入（常用机械推入），而载有烧成品的台车，就由冷却带的出口渐次被推出来（约1小时左右，推出一车）。
这样的生产利于瓷器批发等大项项目的承接。
隧道窑与间歇式的旧式倒焰窑相比较，具有一系列的优点。
1、生产连续化，周期短，产量大，质量高，所生产的瓷器，比如花瓶，文具，餐具等规范化强。
2、利用逆流原理工作，因此热利用率高，燃料经济，因为热量的保持和余热的利用都很良好，所以燃料很节省，较倒焰窑可以节省燃料50-60%左右。
3、烧成时间减短，比较普通大窑由装窑到出空需要3-5天，而隧道窑约有20小时左右就可以完成。
4、节省劳力。
不但烧火时操作简便，而且装窑和出窑的操作都在窑外进行，也很便利，改善了操作人员的劳动条件，减轻了劳动强度。
5、提高质量。
预热带、烧成带、冷却带三部分的温度，常常保持一定的范围，容易掌握其烧成规律，因此质量也较好，破损率也少。
对杯子，紫砂壶等小型器具成功率大。
无机非金属材料热工设备简介
无机非金属材料热工设备简介1. 引言无机非金属材料在热工设备中扮演着重要角色，广泛应用于许多工业领域，如能源、冶金、化工等。
本文将对无机非金属材料热工设备进行简要介绍，包括定义、分类、特性及应用领域等方面进行讨论。
2. 定义无机非金属材料是指由非金属原子组成的材料，其晶体结构稳定，不含可熔化的金属原子。
常见的无机非金属材料包括陶瓷、氧化物、复合材料等。
3. 分类根据无机非金属材料的组成和特性，可以将其分为以下几类：3.1 陶瓷材料陶瓷是指以无机非金属材料为主要成分制成的材料。
陶瓷材料具有高硬度、高熔点、化学稳定性好等特点，广泛应用于高温热工设备中的隔热层、耐火材料、陶瓷涂层等方面。
3.2 氧化物材料氧化物是由金属元素与氧元素形成的化合物，具有良好的绝缘性能和耐高温性能。
常见的氧化物材料包括氧化铝、氧化钇、氧化锆等。
这些材料通常用于热工设备中的绝缘层、耐火材料等领域。
3.3 复合材料复合材料是由两种或多种不同种类的材料组合而成的新材料，其中无机非金属材料起到重要作用。
复合材料具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于热工设备的结构件、管道等部件。
4. 特性无机非金属材料具有以下几个主要特性：4.1 高温稳定性无机非金属材料具有良好的高温稳定性，能够在高温环境下保持结构的稳定性和性能。
4.2 耐腐蚀性无机非金属材料通常具有较好的耐腐蚀性，能够抵御酸、碱、溶剂等对材料的侵蚀。
4.3 绝缘性能无机非金属材料具有良好的绝缘性能，能够隔绝电流和热量的传导，被广泛应用于电力设备和高温热工设备的绝缘层。
5. 应用领域无机非金属材料在热工设备中有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：5.1 能源领域无机非金属材料可用于太阳能电池、燃料电池等能源设备中，提高能源转换效率。
5.2 冶金领域无机非金属材料在冶金设备中起到隔热、耐火等作用，如高炉内隔热材料、铸造模具等。
5.3 化工领域无机非金属材料可用作化工设备的耐腐蚀材料，如化学反应器、储罐等。
热工设备_
而将两个烧制过程合二为一的 烧制工艺称为：一次烧成。凡一次 烧成的陶瓷制品或尽管是二次烧成 ，但釉烧温度要高于素烧温度的陶 瓷制品称为：Porcelain；凡需经过 二次烧成，而且素烧温度高于釉烧 温度的陶瓷制品则称为：Chinaware 或china。
传统陶瓷窑已经基本上被淘 汰，而连续式的隧道窑在大批量 烧成陶瓷产品（包括微晶玻璃） 以及烧成耐火材料（包括砖、瓦 等建筑材料）等方面表现出巨大 优势。对于很多陶瓷产品的烧成 ，辊道窑具有比隧道窑更为先进 的性能。所以本章的学习重点是 隧道窑和辊道窑。
4.1 隧 道 窑
隧道窑（Tunnel Kiln）为窑车式隧道 窑的简称，1887年法国人Faugeron成功地 将其用于烧制陶瓷。经过不断改进，隧道 窑已经成为现今陶瓷制品（包括微晶玻璃 ）以及烧结型耐火材料制品、还有砖、瓦 等建筑材料的主要烧成设备。就隧道窑本 身而言，也有很多种类型。如果按照隧道 窑不同特征分类，在教材上如表4.1所示。
从广义上来讲，陶瓷是指由 金属元素、非金属元素的化合物 所组成的多晶体固体材料。这个 广义上的陶瓷定义实际上就是本 教材绪论中所提到的“硅酸盐材 料”，也就是现在已经扩展后的“ 无机非金属材料”，它的英语名 称是：Ceramics。
从狭义上来讲，陶瓷包括普通 陶瓷与特种陶瓷。普通陶瓷（简称 ：普陶）主要包括：日用陶瓷（包 括艺术陶瓷）、建筑陶瓷（包括卫 生陶瓷）、工业陶瓷（有绝缘电瓷 、化工用瓷等）这三大类传统陶瓷 产品；而特种陶瓷（简称：特陶， 也被称为：技术陶瓷、先进陶瓷、 精细陶瓷、新型陶瓷等
热工设备与工业窑炉期末考试复习总结!
一、热工设备概述和干燥过程a)热工设备的定义（如窑炉）：产生热量、利用热量的设备（耗能核心设备）b)烧成的定义：将经过加工处理的原料置于高温下经煅烧反应，此高温加工的过程c)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(如：温度制度、气氛与压力制度)、热工设备的类型（如竖窑、回转窑、隧道窑、间歇式窑、玻璃池窑和电阻炉等）及流程等有密切的关系。
d)窑炉是硅酸盐产品进行烧成所用的热工设备，它是既能产生热、又能将此热有效地传给物料并使物料产生所需化学反应的装置。
可按产品种类分、烧成制品状态、作业的性质、热源、使用的燃料。
各种窑炉根据废气余热利用方案的不同，又可进一步细分为不同的类型。
选择窑炉需要分析如下因素：i. 1.热能来源：固液气三种ii. 2.供热方法：内部、底部、侧面和顶部4种方式，以侧面供热为主要iii. 3.传热方式：明焰、半隔焰和隔焰iv. 4.余热利用：排出的燃烧产物和加热制品带走的显热利用，主要用于生料粉或生坯的预热；煤气、燃油及助燃空气的预热（对原料和燃料的预热），具体表现为预热带、预热器、蓄热室v. 5.炉内气氛性质（氧化、还原【如玻璃池窑】、中性和特殊【如作为反应烧结的原料】，准确说法是某种气体分压较高）及运料方法等。
e)干燥过程：用加热蒸发的方法除去物料中的部分物理水分的过程：外扩散和内扩散，常用对流加热利用热空气对物料进行干燥的流程：如图所示，空气进入加热器被加热后进入干燥器，在干燥器内把热量传给物料用于蒸发物料中的水分，然后排出干燥器。
热含量指：在湿含量X的湿空气中，1千克干空气所含热量与X千克水蒸气所含热量的总和，表示为I，单位kJ/kg（即干空气和湿水分的热量总和）f)干燥过程的物料平衡原则：i.①干燥前后的干物料与水分总和恒定；ii.②干燥前后的干物料质量不变，湿物料质量在减少。
g)干燥过程的热量平衡（也即能量守恒）i.输入热量=输出热量，可列出热平衡方程。
陶瓷烧结炉工艺原理及烧结方式
陶瓷烧结炉工艺原理及烧结方式陶瓷烧结是指坯体在高温下致密化过程和现象的总称。
随着温度升高，陶瓷坯体中具有比表面大，表面能较高的粉粒，力图向降低表面能的方向变化，不断进行物质迁移，晶界随之移动，气孔逐步排除，产生收缩，使坯体成为具有一定强度的致密的瓷体。
烧结的推动力为表面能。
烧结可分为有液相参加的烧结和纯固相烧结两类。
烧结过程对陶瓷生产具有很重要的意义。
为降低烧结温度，扩大烧成范围，通常加入一些添加物作助熔剂，形成少量液相，促进烧结。
一般粗线条结炉的燃烧方法主要有以下几种：热压烧结、热等静压、放电等离子烧结、微波烧结、反应烧结、爆炸烧结。
固相烧结一般可表现为三个阶段，初始阶段，主要表现为颗粒形状改变；中间阶段，主要表现为气孔形状改变；最终阶段，主要表现为气孔尺寸减小。
烧结是在热工设备中进行的，这里热工设备指的是先进陶瓷生产窑炉及附属设备。
烧结陶瓷的窑炉类型很多，同一制品可以在不同类型的窑内烧成，同一种窑也可以烧结不同的制品。
主要常用的有间歇式窑炉，连续式窑炉和辅助设备。
间歇式窑炉按其功能可分为电炉，高温倒焰窑，梭式窑和钟罩窑。
连续式窑炉的分类方法有很多种，按制品的输送方式可分为隧道窑，高温推板窑和辊道窑。
与传统间歇式窑炉相比较，连续式窑具有连续操作性，易实现机械化，大大改善了劳动条件和减轻了劳动强度，降低了能耗等优点。
温度制度的确定，包括升温速度，烧成温度，保温时间和冷却速度等参数。
通过飞行坯料在烧成过程中性状变化，初步得出坯体在各温度或时间阶段可以允许的升、降温速度（相图，差热-失重、热膨胀、高温相分析、已有烧结曲线等）。
升温速度：低温阶段，氧化分解阶段，高温阶段。
烧成温度与保温时间：相互制约，可在一定程度上相互补偿，以一次晶粒发展成熟，晶界明显、没有显著的二次晶粒长大，收缩均匀，致密而又耗能少为目的。
冷却速度，随炉冷却，快速冷却。
压力制度的确定，压力制度起着保证温度和气氛制度的作用。
全窑的压力分布根据窑内结构，燃烧种类，制品特性，烧成气氛和装窑密度等因素来确定。
陶耐热工设备-辊道窑 7
分散布置：在烧成带自低温起，先稀后密地布置多对烧嘴。 特点：分布足够多燃烧室能保证温度制度和气氛制度。
相对布置：
特点：砌筑简单、调节方便，但温度较高在烧 成带长度方向上宜出现温差，且火焰相互干扰
三、辊道窑的结构
1
2
1：辊上轴流风机
2：辊下轴流风机
冷却带低温冷却段（快冷段）典型窑体结构
辊道窑结构——钢架结构
主要起到保护窑体和支撑窑体重量的作用
辊道窑结构——排烟系统
排烟口：主要在预热带，其目的是将窑内的燃烧废 气引向支烟道
排 支烟道：引导来自排烟口的排出废气进入主烟道
烟
系
主烟道：汇总各支烟道的烟气，并将其引入烟囱
六、辊道窑的发展趋势
(2) 长窑（80m，120m，180m，240m，280m） (3) 保温隔热 (4) 精确控制系统 (5) 高速调温烧嘴的应用 (6) 干燥、烧成等热工系统的综合余热利用技术 (7) 清洁气体燃料的利用——明焰裸烧
（三）辊棒
陶瓷棍棒 金属棍棒
1、材质类型及质量要求
● 氮化硅结合碳化硅辊：使用温度≤ 1450℃ ● 重结晶碳化硅辊：使用温度≤ 1600℃ ● 高铝（莫来石质）瓷辊：使用温度1200℃左右 ● 601耐热钢辊：使用温度≤1170℃ ● 310镍铬合金辊：使用温度≤ 1000℃ ● 304镍铬合金辊：使用温度≤ 700℃ ● 铝合金辊：使用温度≤ 350℃
14
4：电磁离合器
14：交流电机；15：直流电机
（二）辊道窑的通道断面
1、 断面高度
辊上高度（工作高度）H 辊下高度 h
陶瓷烧成窑的三种窑炉类型,它们都用这些耐火材料
陶瓷烧成窑的三种窑炉类型，它们都用这些耐火材料(2016-12-22 11:45:50)转载▼分类：耐火材料烧成是生产陶瓷很重要的工序，它是在热工设备--窑炉中进行。
陶瓷用的窑炉类型有：（1）按其外形和操作分，有间歇式和连续式。
间歇式窑如倒焰窑，连续式窑如隧道窑。
（2）按热源分，有使用燃料的火焰窑（烧煤、煤气或重油等）及电热窑炉。
（3）按火焰是否接触产品分，有明焰窑及隔焰窑（马弗窑）。
以上焙烧陶瓷的窑炉，因其具体用途不同，工作环境不一，应使用不同的耐火材料。
一、陶瓷烧成窑分类（一）隧道窑隧道窑因其产量高，燃耗低，劳动条件好，易机械化、自动化，是目前陶瓷及耐火材料工业应用较多的现代化窑炉。
隧道窑有多种分类，其划分见下表。
隧道窑的窑顶用耐火砖砌筑，或用耐火浇注料预制块砌筑。
窑底则由多台窑车组成。
窑车沿固定的导轨移动。
料坯放在窑车上由窑头推入窑内，经过预热、烧成和冷却，最后从窑尾出窑而获得成品。
（二）倒焰窑倒焰窑是陶瓷工业目前常用的一种火焰窑炉，亦是烧制耐火制品的热工设备。
因为火焰在窑内是自窑顶倒向窑底的，所以叫倒焰窑。
倒焰窑为间歇操作。
其容积随生产的需要和工艺条件而变化，容量小的只有几立方米，大的可达200?300立方米。
其外形可以分为圆窑和方窑两种。
圆窑窑内上下温差较小，约20℃左右，上下温度分布比较均匀，目前使用较多。
窑的烧成制度、亦随烧成制品的材质而变动。
倒焰窑的砌体遭受高温和燃烧气流的冲刷作用，以及温度变化的影响，所以，窑衬材料应具有较髙的髙温力学性质、良好的抗热震性。
倒焰窑属间歇式窖，热损耗较大，装、出窑劳动强度大、条件较差，与隧道窑相比产量较低，但具有生产上的灵活性。
（三）梭式窑梭式窑是一种窑车式的倒焰窑，其结构与传统的矩形倒焰窑基本相似。
梭式窑结构示意图如下图。
梭式窑烧嘴安设在两侧窑墙上，窑底用耐火材料砌筑在窑车钢架结构上，即窑底吸火孔、支烟道设于窑车上，并使窑墙下部的烟道和窑车上的支烟道相连接；窑车在窑室底部轨道移动，窑车数视窑的容积而定；窑车之间及窑车与窑墙之间设有曲封和砂封。
隧道窑
电热推板窑
WDSJ-0.5/1000型电热升降窑
第四章
隧道窑
• 1、定义：采用轨道窑车输送制品的连续式窑炉 • 2、分类
• 3、隧道窑的特点：
按热源分
分类根据
窑 名
特
点
• 约200℃； 1. 明焰隧道窑 火焰直接进入隧道 • 2）产品冷却之热加热空气，可助燃或作干燥 介质， 按火焰是否 2. 隔焰隧道窑 火焰在马弗道内通过固体辐射传热 进入隧道分 • 产品出窑温度低； 3. 半隔焰隧道窑 隔焰马弗板开有小孔，部分火焰入窑 1. 窑车隧道窑 • 3）连续窑，窑体温度不变，不蓄热，热耗低。
按窑内运 输设备分 2. 3. 4. 5. 6. 推板隧道窑 辊道窑 输送带隧道窑 步进隧道窑 气垫隧道窑
1. 火焰隧道窑 以煤、油或煤气为燃料 1）利用烟气余热预热坯体，废气排出温度低， 2. 电热隧道窑 利用电热元件加热
按通道多少分
1. 单孔隧道窑 2. 多孔隧道窑
推板隧道窑
第一节
形状：普通砖 异型砖
三、不定型耐火材料
• • • • 耐火混凝土， 耐火泥， 耐火喷涂料， 耐火浇注料与捣打料
四、砌窑用隔热材料：λ < 0.14 W/m · ℃。
• • • • 1、轻质粘土砖 2、轻质高铝砖 3、高铝聚轻球砖 4、陶瓷纤维材料
隔热材料
• YK系列轻质隔热砖采用ASTM标准。 • AB系列氧化铝空心球砖是由氧化铝空心 球，氧化铝微粉添加复合结合剂，经振 动成型，高温烧成得制品。 用于1650℃以下工业窑炉炉衬材料。
棚板装烧
2）车架
• 铸铁车架：刚度大，变形小，抗氧化，节约钢材，造价低， • 型钢车架：轻便，易制造，成本高，易变形，铆接成型。
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一、隧道窑的类型、工作系统
（一）分类 火焰隧道窑：以煤、煤气或油为燃料
1、按热源
电热隧道窑：利用电热元件加热
明焰隧道窑：火焰直接进入隧道，以对
流传热为主。 2、按火焰是否 隔焰隧道窑：火焰与制品间有隔板，以辐 进入隧道 射传热为主。 半隔焰隧道窑：隔焰板上开孔，让部分火
焰与制品接触。
窑车隧道窑
3、按窑内运 输设备
2、氛的窑在烧成带前一段控制氧化气氛，后 一段控制还原气氛。通过燃烧室气氛来实现。 3、各带的压力控制 控制烧成带两端的压力稳定，以实现温度制度和 气氛制度的控制。 根据气体的流动特点，窑头为微负压，窑尾为微 正压，烧成带某点处于零压状态。
由一组固定梁和一组步进移动梁作为制品运 载工具，梁的长度方向与窑长方向一致。 特点：窑运行平稳，易与前后工序连成流水线。
4、气垫窑
利用多孔隔焰板下部燃烧室内的燃烧产物通过 多孔隔焰板，以一定速度压入窑内，使制品浮离隔 板达到1-2mm，形成气垫状态，制品借助气垫和输送 设备向前运动。 特点： 制品受热均匀，传热很快，适用于小制品的快速 烧成。
在烧成带设一些挡墙，或在隔焰板近车台面处开 些孔洞，使隔焰通道与窑内相通，使燃烧产物入窑。 特点： 比隔焰窑经济，既有固体辐射传热又有火焰辐射， 传热效果好，可维持还原气氛，适用于较小的隧道窑， 要求燃料洁净，以免污染制品。
（二）非窑车隧道窑 1、推板窑
以推板放在窑底作为窑内制品的运载工具。制品 放在彼此相连的推板上，由推进器推入窑内。
2、从结构与操作的主要特点 电热窑炉优点： 不需要燃烧设备、通风设备，结构简单，占地面 积少，热效率高，室内制品不受烟气及灰渣等影响。 温度便于实现精确控制，烧出的产品质量好；窑内可 在任何压力条件下或特殊气氛条件下加热制品，可获 得火焰窑炉难以达到的高温。 电热窑炉缺点： 截面受限制，不能太大，否则引起温度分布不均， 对烧成大件，厚壁等制品不利；电热窑炉附属设备 复杂，电热元件消耗多，电费较高，有些元件要在 一定的保护气氛下使用。
（三）窑炉工作系统（流程）及结构
1、工作系统及分带 隧道窑工作系统又叫工作流程，是指窑内气体 输送系统，比如：排烟系统、冷却系统等。 任何隧道窑都可以划分为三带： （1）预热带：900℃以下、砌体位置前1/3、不设 置或设置部分燃烧室的设置。 （2）烧成带：900℃至最高烧成温度、砌体中间 部分、设置燃烧室。 （3）冷却带：最高烧成温度以下、砌体位置后 1/3，不设置燃烧室。
（二）新型间歇式窑
新型间歇式窑的代表为梭式窑，也称往复窑、 台车式窑。 梭式窑是从传统的倒焰窑演变而来的，因而属于 间歇窑或半连续式窑型。 梭式窑的外形依规模大小有长方体和正方体。 与梭式窑具有相同功能的还有高帽窑、蒸笼窑、 升降窑。
新型间歇窑与传统倒焰窑相比，其特点： 在窑外装、卸制品，减轻了劳动强度，改善劳 动条件；采用高速调温烧嘴，加速窑内传热，缩短 了烧成时间，增加了产量，降低了单位制品的燃耗； 制品的烧成采用了自动控制，提高了产品的质量。 1、结构 （1）窑体 （2）燃烧设备 （3）通风设备 （4）输送设备
2、类型
（1）梭式窑 （2）高帽窑（钟罩窑、罩式窑） （3）蒸笼窑 （4）升降窑
四、电热窑炉
（一）电热窑炉与火焰窑炉比较 1、热工基本原理 （1）窑炉设计时的计算内容不同 火焰窑炉：燃烧计算、燃烧设备计算 电热窑炉：电热元件的选择、元件尺寸计算、供 电及控制设备的选择和计算 （2）主要传热的基本方式不同 火焰窑炉：气体辐射、强制对流传热 电热窑炉：固体辐射、自然对流传热
二、隧道窑的工作特点
（一）隔焰隧道窑及半隔焰隧道窑 1、隔焰隧道窑 用隔焰板将燃烧产物和制品隔开，借隔焰板的 辐射传热使制品实现烧成。 特点： 隔焰窑内截面积不大，传热系数大，窑内温差 较小，制品不用装钵，适用于易污染制品的燃料的 燃烧。但是，由于燃烧产物不能入窑，所以窑内不能 形成还原气氛。
2、半隔焰窑隧道窑
2、结构
（1）窑体：焙烧坯体的空间，即隧道。是传热和坯 体进行物化反应的场地。 （2）窑内输送设备：输送坯体在窑炉内运动。 （3）燃烧设备：燃料燃烧的场所，包括燃烧室和烧 嘴。 （4）通风设备：使窑内气流按一定方向流动，排除 烟气，供给空气，抽出热空气等， 并维持窑内一定的温度、气氛和压 力制度。
红砖隧道窑
（二）砌窑的耐火材料和隔热材料
1、耐火材料的主要性能 （1） 耐火度：指材料在高温下抵抗熔化的性能。 （2）荷重软化点：指在一定压强下（196千帕）加热， 发生一定变形和坍塌时的温度。 （3）热稳定性：又叫耐急冷急热性，指材料在急冷急热 循环中保持质量不变的稳定性。 测定方法:
20℃—850 ℃
5、输送带式
以输送带作为制品运载工具。把焙烧的制品置 于耐热合金钢制成的网状或带状输送带上，由传 动机构带动输送带运动。
特点：
窑截面小，温度均匀，可快速烧成，能与前后 工序连成自动线。对输送带材质要求较高，使用 温度受限制。
（三）多通道隧道窑炉
有多条通道组成，多为隔焰式，通道数量4-48不 等，通常为双数，相邻通道作相向运动，以利用余 热。
特点：
窑炉空间利用率高，单位容积生产量大，占地面 积小，截面小，温差小，质量好，热利用率高。
三、间歇窑
按窑炉的操作不同，窑炉分连续式窑和间歇式 窑炉，隧道窑是目前陶瓷工业中最现代化的窑炉， 倒焰窑是目前陶瓷工业中常用的一种间歇式火焰窑 炉。 与隧道窑相比，倒焰窑的特点表现在： 窑的容积可大可小，容易随着被焙烧制品的工艺 要求变更烧成制度，在生产中灵活性大；适用于多 品种和规模不大的工厂或研究单位作试验用；窑内 上下温度分布比较均匀，可烧出优质产品；可适用 于周末或节假日停窑休息；基建费用少。 但是产量低燃耗大，装出窑条件差、劳动强度大。
推板式隧道窑
输送带式隧道窑
步进梁式隧道窑
气垫式隧道窑
辊道隧道窑 单通道隧道窑
4、按通道多少
多通道隧道窑
低温隧道窑(1000~1350℃)
5、 按烧成温
中温隧道窑(1350~1550℃) 高温隧道窑(1550~1750℃) 超高温隧道窑(1750~1950℃)
度的高低
耐火材料隧道窑
6、按烧成品种
陶瓷隧道窑
（二）类型
1、按电能转变为热能的方式; 电阻炉：电流使电阻发热作为热源 感应炉：电磁感应产生电流 电弧炉：电弧产生电流 电子束炉：高速运动的电子能量作为热源 等离子炉：利用电能所产生的等离子体的能量 2、按操作形式 间歇操作电炉：箱式（室式）、井式（立式） 半连续操作电阻炉：钟罩式、台车式 连续操作电热窑炉：窑车、推板等
SiO2 大于65%
（3）高铝砖： Al2O3 大于46%
（4）硅砖: SiO2 大于93% （5）镁砖： MgO：80-85% （6）镁硅砖:以方镁石为主要矿物，镁橄榄石作为基 质结合的一种镁质耐火材料。 （7）镁铝砖: MgO大于80% ， Al2O3 5-10%
（8）刚玉砖:Al2O3 99% 以上
陶瓷热工设备
陶瓷热工设备指陶瓷热处理所用的一系列设备， 包括干燥器、窑炉及其附属设备。 焙烧陶瓷的窑炉类型很多，同一种制品可在不同 类型的窑炉内烧成，同一种窑炉也可焙烧不同的制品。 所以选择窑炉时应充分了解窑炉的类型及其工作性能。
陶瓷窑炉的类型： 连续式:各种隧道窑
间歇式：倒烟窑、梭式窑、钟罩窑
按作业循环
各种窑炉及制品
本章要点：
1、热工设备的类型 2、热工设备的结构 3、热工设备的特点
（四）热工制度操作控制
热工制度主要包括温度制度、压力制度和气氛制度。
1、各带温度的控制
（1）预热带：按升温曲线均匀的加热。窑头300℃以下升温速 度不宜过高，避免坯体炸裂。 （2）烧成带：控制最高温度和最高温度点的位置。最高温度应 高于制品烧成温度的50-100℃高温点位置要适 宜，以避免过烧和欠烧。 （3）冷却带：控制冷却速度。700℃以前可以急冷。 700℃—400℃为缓冷。 400℃以下冷风直接冷却
（9）碳化硅： SiC:35-87% SiO2 :10-50% Al2O3 :3-30%
3、砌窑用的耐火混泥土 矾土水泥耐火混凝土、磷酸盐耐火混凝土、镁质 耐火混凝土。 4、砌窑用的隔热材料 （1）轻质隔热材料：在制造耐火砖时加入特殊发泡 物质，生成一种多孔的轻质耐 火材料。 （2）发泡物质种类：炭末、锯木屑；松香等泡沫剂 ； 化学反应产生气泡。
（一）倒焰窑
倒焰窑有圆窑与方窑（或矩形窑）之分，且多 以容积大小进行分类， 也可以最高烧成温度或焙 烧品种来分类。倒焰窑的基本结构大致相同，下图 为圆窑的结构图。
1、结构 （1）窑体
（2）燃烧设备 （3）通风设备
2、园窑和方窑的比较
（1）园窑比方窑温度更均匀。 （2）窑室容积在相同的条件下，园窑比方窑有较少 的窑侧壁及较少的砌筑砖体积，因而散失热量 园窑少，热耗更低。 （3）园窑适用于容积100m3以下的规模，方窑的容 积变化灵活性大。 （4）园窑需要砖形复杂，砌筑困难。
特点：
多为隔焰，截面较小，窑内温度均匀，易于快速 烧成，结构简单，操作方便，易于机械化，但是推板 易磨损。
2、辊道窑
利用辊子作为运输工具，制品放在垫板上或直 接放在辊子上，利用辊子的转动，使制品由窑头运 输到窑尾。 特点： 窑内温度均匀，适于快速烧成，能与前后工序连 成自动线。
3、步进梁式隧道窑
失重大于20%
循环次数
（4）抗化学腐蚀性：指和熔渣、煤渣接触时，抵抗侵 蚀的能力。
（5）高温体积稳定性：指材料在高温下长期使用时， 体积发生不可逆变化（收缩或 膨胀）的性能。
2、砌窑用的耐火材料 （1）粘土质耐火砖：Al2O3 :30-46% SiO2 :50-65%
（2）半硅砖：
Al2O3 小于30%