无机非金属材料工业大致包括耐火材料水泥、玻璃、陶瓷、建筑材料(砖、瓦等)、搪瓷、磨料等行业。这些行业所用的热工窑炉分类方法很多,如既可按上述行业来分,也可按其用途来分(如焙烧什么产品,就称为什么窑炉),也可按焙烧温度来分等。在这些分类方法中,有些窑炉为某些行业专用(如玻璃行业用的池窑、坩埚窑等),有些窑炉则为多个行业所共用,如隧道窑就广泛应用于陶瓷、耐火材料、建筑材料等行业。河南耐火材料厂就上述有关行业所用窑炉及窑炉用耐火砖作一一简介。
耐火材料工业所用热工窑炉种类较多。大致可分为三大类:一类为原料煅烧窑炉,如竖窑和回转窑;第二类是制品烧成窑炉,如隧道窑、倒焰窑、梭式窑等;第三类是原料(一般为高纯原料)轻烧窑炉,如多层炉、沸腾炉、悬浮轻烧炉等。此外,煅烧活性石灰用的回转窑、双梁竖窑等也属轻烧窑炉。当然,也还有一些不烧制品用的烘烤设备。
水泥工业主要热工窑炉为回转窑和立窑。传统的回转窑又有湿法、干法及半干法之分。随着科技的进步,以悬浮预热和窑外分解技术为核心的新型干法水泥回转窑系统已经取代了传统的回转窑,在水泥生产中取得了优势地位。而立窑在水泥工业中虽不属先进的热工设备,但目前国内仍大量存在,故也应有所了解。详情参考“水泥窑用耐火砖”这篇文章。
玻璃工业热工窑炉主要是池窑和坩埚窑。目前,坩埚窑除一些特殊玻璃产品外,已基本上不再使用。而池窑一般又分为平板玻璃池窑和日用玻璃池窑,其中,用锡槽进行平板玻璃成型的浮法工艺已显示其强大的生命力。当然,成型后的玻璃产品需要进一步加热退火才能成为高质量的玻璃产品,因而就有退火炉。陶瓷和建材工业热工窑炉主要指隧道窑(连续式)、倒焰窑及由此发展起来的梭式窑(间歇式)、生产砖瓦用的轮窑(半连续式)。以前为大家介绍过“玻璃窑用耐火砖”。
陶瓷工业所用连续式生产的隧道窑最早为窑车式隧道窑,以后出现了非窑车式隧道窑,如辊道窑、推板窑、步进窑和气垫窑等,尤其是辊道窑的出现,使得快速烧成、全自动控制和低污染生产成为可能,这就为焙烧高质量、高品位、高档次的陶瓷产品提供了极大的方便。当然,由于辊道窑自身结构的限制,目前还不能完全代替窑车式隧道窑。梭式窑是在倒焰窑基础上借鉴隧道窑中的窑车技术而发展起来的一种小型现代化窑炉,其炉衬几乎全部用高质量的保温材料砌筑,窑体蓄热量较低,其热工制度可根据制品需要随时调整,又非常机动灵活,非常适合于实验室研究、新产品开发中的小试、中试以及一些小批量产品的焙烧等。这种窑炉还适用于高技术陶瓷材料(又称特种陶瓷或功能陶瓷等)的小批量生产,因其产品技术含量高,故产品的附加值较高,因而颇受科技工作者、中小企业家和新技术推广人员的欢迎。与梭式窑工作原理相类似的还有钟罩窑、蒸笼窑和升降窑等。详情了解“陶瓷窑炉用耐火材料的各种性能要求”这篇文章。
在窑炉分类中,还有一类为电热窑炉,它是利用电能而不是靠燃料燃烧而获得的热能来焙烧(或熔制)产品的窑炉。按产生热能的机理不同,可分为电阻炉、电磁感应炉、电弧炉与弧像炉、电子束炉和等离子炉等。电阻炉是利用电热体(电热元件)通电发热的原理来产生热能。但有的电热体发热时极易被氧化而损坏,因而这类电阻炉内应通入保护性气体或抽成真空。电磁感应炉是利用电磁感应的作用原理在导体内产生感应电流,而此电流因导体的电阻而产生热能。电弧炉是利用电弧的作用而产生热能。弧像炉仍是利用电弧为热源,其不同之处在于:弧像炉要利用一个适当的光学装置将热能聚焦到被加热的材料上,从而形成一个辐射圆锥,使热源在圆锥的尖端处成像,该成像处温度最高。电子束炉是利用高速运动电子的能量作为热源。等离子炉是从电能产生的等离子体能量中获得热能。一般的火焰炉所能达到的温度都有一定的限度,通常难以超过2000℃,而电热窑炉则能够产生极高的温度,除某些电阻炉外,其他电热窑炉都能产生几千摄氏度的高温,有的电热窑炉(如等离子体炉)能够产生10000℃以上的高温。目前,制约电热窑炉发展的因素是电能的价格较高,故大规模的商业化生产很少采用电热窑炉。电热窑炉大多只在实验室和一些特殊场合使用。所谓特殊场合,是指那些材料制备时需要温度极高的场合。除此之外,利用太阳能聚焦产生高温的太阳炉也是很有发展前途的一种窑型,目前只因受气候和气象条件的影响较大而受限。
此外,为了充分利用热工设备的余热,余热锅炉的开发已提到议事日程,尤其是传热效率极高的热管技术的应用,使得低温余热(锅炉)发电成为可能,其成功的范例就是应用在新型干法水泥熟料煅烧系统和浮法玻璃池窑中的锅炉。耐火材料工业中,煅烧原料用高温竖窑的汽化冷却炉衬及隧道窑中的余热锅炉(产生蒸汽)也属于余热利用例证。
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