热工设备与工业窑炉期末考试复习总结

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。理论⼲燥过程中，⼲燥介质的热含量不变（等焓过程）ii.⽔分存在的三种形式：化学结合⽔、物理结合⽔和机械结合⽔（⼲燥不能排除化学结合⽔）h)⼲燥阶段：加热阶段、加速⼲燥阶段、降速⼲燥阶段和平衡阶段i)对⼲燥设备的要求：i.⼲燥速度快，蒸发速度⾼ii.能耗低iii.设备损耗⼩iv.参数和⼲燥制度易于调节，可适⽤于多种物料的⼲燥v.便于实现⾃动化和机械化j)回转烘⼲机的⼯作原理：回转运动的⾦属圆筒结构，内部结构为抄板式等五种，对于硅酸盐材料多使⽤直接加热形式（分为顺流【⼲燥均匀】和逆流【⼲燥不均匀】），⼲燥介质为⾼温烟⽓与冷空⽓的混合⽓体。⼆、竖窑a)⽤途：耐⽕原料（镁⽯、⽩云⽯、⾼铝矾⼟、硬质黏⼟）、冶⾦⽯灰、⽔泥熟料的煅烧设备。b)竖窑的结构组成与基本原理：⼀筒状窑体，主要由衬有耐⽕砖的钢筒或钢筋混凝⼟筒壳组成。原料块或球由窑顶加⼊，空⽓由窑的下部导⼊。如果⽤固体燃料，则与原料块轮流加⼊或掺⼊原料内。如果⽤⽓体或液体燃料，则与空⽓⼀同喷⼊。原料块借重⼒逐渐下移，经预热带、煅烧带、冷却带三阶段⽽成产品，由炉底卸出。构造简单，可连续操作。属于逆流热⼯设备。【按照：结构如何，物料、空⽓和燃料⾛向，三个带，在哪卸料】c)形状：基本要求是应保证窑内物料均匀下沉和顺⾏，应使⽓流沿窑截⾯均匀分布。分为直筒形（简单坚固⽅便；物料⼀旦烧结，会形成环形缝隙，导致同⼀断⾯通风不均）、喇叭形（上宽下窄，烧成带略收缩）、哑铃形（两个喇叭，上下宽，中间窄：预热带和冷却带扩⼤；要求煅烧带向预热带扩⼤应在较长距离内过渡，向冷却带扩⼤应在较短距离内过渡。）和矩形截⾯（适⽤于重油和煤⽓，圆形截⾯受⽕焰穿透深度的限制，容积不能过⼤）d)竖窑的内径与⾼度i.内径：由煅烧物料的性质，煅烧温度，⽣产操作灵活程度等决定。内径?⼤产量⾼（优点）内径过⼤窑内燃烧不均匀、窑内煅烧不易掌握（缺点）ii.⾼度：物料在窑内预热，煅烧和冷却所需温度的时间等决定。过⾼?流体阻⼒⼤，风机能⼒不⾜时，产量、质量低且能耗⼤。过短?熟料冷却效果差、空⽓预热不够，烟⽓温度过⾼、产量、质量低且能耗⼤。iii.⾼径⽐：竖窑的⾼径⽐KL为窑的有效⾼度H（从窑底出料⼝到加料⼝之间垂直距离）与内径D之⽐，即KL=H/D。是竖窑的重要参数，根据物料性质、煅烧温度、产量及能量消耗等因素确定e)砌筑材料（层与层之间留有膨胀缝）f)布料装置：尽可能消除或减少靠近窑壁处空隙率过⼤的现象（“窑壁效应”），均衡窑内通风流体阻⼒。合理布料⽅法：⼤块料布于中⼼，中⼩块料布于四周，以使流体风量沿窑截⾯（断⾯）分布均匀i.固定式布料钟：简单省钢材；不能调节，布料不均匀ii.回转式分级布料器：（见书上图）：布料合理，⽓流均匀（克服了固定式的缺点）iii.升降式布料器：布料钟的⾏程可调iv.g)：物料均匀下沉，窑内三带相对位置不被破坏，且对⼤块物料能起到破碎作⽤，并易于解决密封问题。i.拖板出料机：结构简单，投资省，但出料均匀性差，⽆破碎作⽤，只适⽤于卸松散状物料ii.圆盘出料机：对物料有破碎作⽤，能连续均匀出料iii.摆动齿辊出料机：对辊⼦的耐热、密封结构、材料强度要求⾼。适⽤于⾼温下易结砣的物料h)⽤ii.料封管的密封装置：利⽤下料管的料柱锁风，使⽤γ射线检测料位。结合图，⼤概懂得⼯作原理i)通风与排烟装置：i.底部⿎风【中⼼通风】和腰部⿎风【周边通风】（在底部⿎风⽆法满⾜时）。竖窑采⽤回转式通风机：风压⾼、送风量稳定、效率⾼ii.⾃然排烟和机械排烟j)⼯作原理：物料靠⾃⾝重⼒竖直向下⾛，空⽓从底部⿎⼊，物料在预热带对流加热，烧成带煅烧（对流换热和辐射换热），冷却带对流换热冷却，同时冷空⽓被加热。物料在窑底卸料。固体燃料在顶部和物料⼀起加⼊或混合后加⼊，液体和⽓体燃料从腰部烧成带烧嘴喷⼊。具体见课后作业k)竖窑煅烧熟料质量不均的原因：由于竖窑内的物料运动主要依靠其⾃重做垂直向下运动，不像回转窑内物料能不断翻滚，因⽽物料受热不均。l)根据⽓体运动的阻⼒损失公式，给出其影响因素：⾼温竖窑的特点m)竖窑断⾯上的⽓流分布——窑壁效应：竖窑中物料同⼀断⾯上堆积⽅式不同，在靠近窑壁处，物料与窑壁之间的孔隙率较之物料之间的孔隙率要⼤，加之物料收缩（煅烧后）造成环形缝隙，使⽓流较易从周边通过。由于⽓流分配不均，致使物料在窑的同⼀断⾯煅烧不均的现象。会影响烧成带的位置和形状。n)粘窑事故——竖窑周边⽓体流动阻⼒过⼩，⽽燃料量⼜多，造成窑壁温度过⾼，燃料中灰分与物料中低熔点物质粘结成砣，并粘附于窑壁，产⽣“粘窑事故”o)竖窑三种通风⽅式i.压⼊通风，即⽤风机从窑底⿎⼊空⽓，窑内为正压；ii.从窑顶从抽风（排烟），窑内为负压；iii.均衡通风，即既从窑底⿎⼊，⼜从窑顶抽出，窑内下部为正压，上部为负压，其间有⼀零压位。p)固体燃料在竖窑内的燃烧：混料式、外设燃烧室和燃料与⽣料混合成球⼊窑三种⽅式。⽓体燃料，⾼炉-焦炉煤⽓热值较低，天然⽓较⾼。液体燃料，重油需要雾化。液体和⽓体都是从烧成带和空⽓⼀起喷⼊。q)窑内热交换：预热带和冷却带温度低，以对流为主，烧成带温度⾼，有对流和辐射换热。三、⾼温竖窑a)煅烧⽩云⽯、⾼纯镁⽯等⾼温耐⽕材料。⼆步煅烧法，在分解温度先轻烧【即使⽤轻烧炉】，之后送⼊⾼温窑炉进⾏⼆次煅烧。b)形状为直筒形或哑铃形，⾼径⽐⼤（球阻⼒⼩；液体燃料），⾼压通风，对砌筑材料要求⾼。不设燃烧室，增加烧嘴数量，⼀泵⼀嘴的供油⽅式。c)严格控制空⽓过剩系数（实际空⽓量与理论空⽓量的⽐值，⼀般⼤于1）。d)严格操作制度：原料的纯度⾼，料球尺⼨⼩且均匀单⼀，块度⽐近似等于1，这样可增加外部传热效率，减少物料内部传热阻⼒；在原料条件合格情况下，防⽌粉料⼊窑，避免在⾼温煅烧带发⽣物料粘窑和结圈事故，保证物料由上⾄下的运动。e)良好的轻烧⼯艺条件，如轻烧温度、轻烧设备（多层炉、沸腾炉和悬浮轻烧炉）。轻烧物料在其成球之前进⾏细磨处理，即可破坏原矿的母盐假象（氧化物(或其它)陶瓷粉末有时系利⽤相应⾦属阳离⼦的盐类(或氢氧化物等)的热分解⽽得到。分解产物往往是⼀种外形上保留了原盐结晶形貌的微晶聚集体）四、并流蓄热式竖窑a)煅烧冶⾦⽯灰（也可⽤回转炉等）b)优点：⽣产出来的⽯灰质量⾼、活性⾼；能耗低，余热利⽤充分；相⽐回转窑，建设投资少c)⼯作原理：燃烧⽤的空⽓采⽤⿎风机从窑顶送⼊窑内，⽯灰在其中⼀个窑膛内以并流⽅式（即燃烧产物的流向与⽯灰⽯流料的移动为同⼀⽅向）加热煅烧，所产⽣的烟⽓（最⾼温度可达1150度）经通道沿另⼀窑膛的预热带流向窑顶作为废⽓排出。烟⽓通过预热带的料柱时，将⼤部分热量传递给⽯灰⽯，使之加热到分解温度，⽯灰⽯料本⾝形成了“蓄热室”（相当于H形）。窑每隔15min换向操作⼀次。五、回转窑a)最先⽤于⽔泥熟料⽣产（标注下图中的物料、空⽓和燃料的⾛向，并标注除尘室的位置）b)⼯作原理：窑体与⽔平⾯成3~5°夹⾓，由电动机通过减速器带动⼤齿轮旋转。燃料与⼀次空⽓由伸进窑头⼩车的烧嘴进⼊窑内，⼆次空⽓经冷却机中的物料预热后经热烟室⼊窑，燃烧产物流经窑体、集尘室、除尘室，由排烟机送⼊烟囱排出。被煅烧的原料经窑尾加料管⼊窑，靠倾斜窑体的转动，使之向前运动，并与从窑头迎⾯⽽来的燃烧产物相遇历经⼲燥、预热、煅烧等过程，再从窑头落⼊冷却机，冷却机筒体也是倾斜旋转运动的，故物料与⽓流呈逆向运动。c)品质量稳定，机械化程度⾼。d)回转窑的长径⽐与原料的煅烧温度、加热时间、窑尾是否有余热装置有关。e)⽀撑和传动装置：滚轮、托轮、挡轮和传动装置【筒体上安装滚轮，在托轮上转动，挡轮检测筒体是否纵向窜动，通过传动装置转动】f)密封装置主要有摩擦式、迷宫式、⽓封式三种g)⽣料预热装置（为了充分利⽤窑尾烟⽓余热，提⾼回转窑的热效率，⼀般都在窑尾安装形式不同的⽣料预热、预分解装置）i.炉箅式加热机：传热效率⾼；附属设备多，结构复杂，对原料的适应性不强ii.悬浮预热器：是⽤⾼速⽓流使原来以堆积状态的物料悬浮起来，⽣料粉与热⽓流充分接触，⽓、固相接触⾯⼤，解过程⼤⼤加快。构简单。缺点：阻⼒⼤，电耗⾼；原料中的有害成分易使预热器堵塞。物料被热⽓流带到Ⅰ级旋风筒，⽓固分离；物料随重⼒进⼊Ⅲ级旋风筒排⽓管，被热⽓流带到Ⅱ级旋风筒，再次⽓固分离，随热⽓流进⼊Ⅲ级旋风筒，如此发⽣热交换。最后进⼊回转窑。在各旋风筒的连接管内，物料和⽓流同流。h)回转窑的功能：燃料燃烧、热交换、化学反应和输送装置。i)熟料冷却装置：筒式冷却机（单筒冷却机类似于回转窑，结构简单；冷却效果差）和箅式冷却机j)窑内燃料燃烧：中低温使⽤固体燃料，⾼温使⽤液体燃料或⽓体燃料，降低灰分，控制细度。i.煤粉燃烧设备为单管式烧嘴，由喷煤管和喷煤嘴组成。喷煤嘴分为直筒式（出⼝风速⼩，射程近，形成短⽽粗的⽕焰）、拔哨带导管式（长⽽细）和拔哨式（出⼝风速较⼤，射程远，⼀次风与煤粉混合较好，形成的⽕焰粗⽽短）三种。【45页图，试着画出三种图】煤粉在其燃烧前，会形成⿊⽕头，其末端着⽕燃烧，形成⽕焰。在其燃烧过程中，挥发分迅速燃烧，⽽炭粒则⼗分缓慢。ii.⽕焰长度和位置：煤粉从开始燃烧到完全燃尽在窑中所形成的距离，⽕焰长度等于⽓流速度×燃烧时间。⿊⽕头过长或过短显然都不利。它在窑横断⾯上的位置，应该略靠近物料层iii.原料块或球由窑顶加⼊，空⽓由窑的下部导⼊。如果⽤固体燃料，则与原料块轮流加⼊或掺⼊原料内。如果⽤⽓体或液体燃料，则与空⽓⼀同喷⼊。原料块借重⼒逐渐下移，经预热带、煅烧带、冷却带三阶段⽽成产品，由炉底卸出。构造简单，可连续操作。属于逆流热⼯设备。iv.物料的运动：当物料层表⾯与⽔平⾯构成的⾓度⼤于休⽌⾓时，物料在重⼒作⽤下才开始滑动，但是由于筒体是倾斜的，会落到起始点的下⽅。实际情况下，中间层的物料往往很难滑动，容易发⽣⽋烧。k)窑内⽓体从窑头流向窑尾时，其温度与组成都不断发⽣变化，流速也随之⽽变。流速既影响传热速率，也影响窑内飞灰⽣成量——料耗。流速过⼤，传热系数增⼤，与⽓体接触时间减短，热⽓温度升⾼，热耗增⼤；流速过⼤，产量低，热耗⼤。为湍流，阻⼒⼤，表现为摩擦⼒l)⽅式传热给物料上表⾯与暴露的衬砖表⾯，并对物料在运动中产⽣并悬浮m)窑外分解技术：i.背景：传统的⽔泥熟料⽣产⽅法是：预热、分解和煅烧都在回转窑内进⾏。预热和分解过程，温度并不⾼（900度以下），但需要消耗很多热量，尤其是碳酸盐分解过程更为突出，⽽煅烧过程则必须具有较⾼的温度（约1400度）和⾜够的反应烧结时间，所需热量相对较少。以往的解决办法是增加窑体尺⼨。ii.这⼀技术的关键是在悬浮预热器与回转窑之间增加⼀个分解炉。将传统的预热、分解和煅烧过程分别在悬浮预热器、分解炉和回转窑内进⾏。这就⼤⼤减少了回转窑的热负荷，其产量⽐以前提⾼了1~2倍，延长了窑衬寿命，提⾼了窑的运转率，被⼴泛采⽤。物料在III级旋风筒分离后，经底部进⼊连窑接尾烟道缩⼝上的倒U形管内，被窑尾烟⽓带⼊分解炉，物料在900度的分解炉内随⽓流⼀起做螺旋运动，受热分解后，与⽓流⼀起进⼊IV级旋风管，与⽓流分离后，进⼊回转窑iii.分解炉是将燃料燃烧（预热炉没有）、传热、传质及分解反应集于⼀体的热⼯设备。全过程都在悬浮状态下进⾏，其传热、传质速率很⾼，是⼀种⾼效率的热⼯设备。根据其结构与⼯作原理，可分为旋流式、喷腾式、旋流喷腾式、沸腾式等1.旋流式分解炉（SF【SwirlFlow】分解炉）：反应室设有1~3个烧嘴，以重油为燃料。由III级旋风筒预热⾄760~800度的物料，被来⾃窑尾的900度的烟⽓带⼊分解炉内。2.带预热室的分解炉（RSP炉）：有强烈的旋转运动，⼜有喷腾运动，既有利于物料混合及热交换，⼜有利于炉温均匀。3.喷腾式分解炉（KSV型炉）：KSV型炉内的燃料燃烧与⽣料的加热分解是在喷腾床的“喷腾效应”（喷腾床）及涡流的“旋风效应”（涡流室）综合作⽤下完成的。六、隧道窑（窑车式隧道窑）a)的空⽓。b)结构：现代隧道窑的发展趋势是短、宽⽽矮。i.窑体：由窑顶（要求质量轻、密封性好、⼀定机械强度，有利于窑内⽓流的合理分布；分为拱顶【使⽤楔形砖，环砌或错砌】、平吊顶【窑顶不易下耐⾼温、保温）、窑车台⾯所围成的码烧坯体的隧道空间，进⾏燃烧、热传递和坯体进⾏物理化学反应的场所，选择合理的砌筑材料（先耐⽕，再保温，最后建筑红砖），砌筑在窑基上。ii.有效⾼度：从车台平⾯⾄拱顶内衬的最⼤⾼度。隧道窑的长度=三带长度之和，主要取决于烧成制度和产量。⾼度——砖坯在烧成过程中的特性、允许的上下温差；跨度——产量、燃烧⽅式、燃烧器的类型。在窑车轨道下，设置检修坑道iii.各带的结构：1.预热带：排烟装置【废⽓经过排烟⼝进⼊⽀烟道，由⽀烟道汇总到主烟道，再经过排烟机升压后从烟囱排向⾼空】，⽓幕装置（将窑内与环境分隔开）；2.烧成带：燃烧室，燃料、⼀次空⽓输送装置（两排相错布置的侧墙燃烧室、⽓氛⽓幕）；多数窑炉的损毁主要是燃烧室的损毁。3.冷却带：抽热风装置、送冷却风装置，都是为了保证冷却带的空⽓⾜够冷。c)热⼯制度i.温度制度（核⼼）三带分别靠燃料量、排烟量和⿎风量控1.窑底均压平衡（窑车上下压⼒平衡，避免冷热⽓体分层----主要措施）2.改进窑体结构，加强密封：建造矮、宽、短的隧道窑3.设置窑顶⽓幕：迫使部分热空⽓向下流动4.窑内横向循环：抽取上下层的热冷空⽓，再送⼊窑内5.增热循环：加快对流换热，降低上下温差6.采⽤低蓄热窑车7.采⽤⾼速调温烧嘴：ii.压⼒制度：隧道窑内压⼒分布特点：预热带负压；冷却带正压；烧成带微正压；预热带靠近烧成带（的正压，热量损失，提⾼环境温度，烧坏窑车；负压，冷空⽓渗⼊，破坏热⼯制度1.预热带负压和冷却带正压绝对值⼤⼩的调节：绝对值越⼩越好，即低压操作:出⼊窑内的⽓体少，有利于⽣产，降低能耗，窑温均匀。2、3个窑车位）“零压”；看⽕点的零压位是控制点。2.提起闸板，零压位向冷却带⽅向移动；降低闸板，零压位向预热带⽅向移动。3.两处的⼏何压头和动压头相等，0处的静压头取决于Ⅰ处的静压头和0-1的压头损失，其中压头损失与烟道闸板有关，提起烟道闸板，空⽓阻⼒减⼩，压头损失减⼩，0处的静压头减⼩，零压位向烧成带移动。【提起烟道闸板，真空抽的更厉害，所以零压位向烧成带移动】4.制定压⼒制度时，必须根据燃料发热量的⾼低来制订iii.窑温的调节⽅法：1.⾸先要控制⽓、油、风的供给量，从少量的⽓、油、风开始，逐渐升温或降温，防⽌温度突变。2.预热带温度下降，采取提起烟道闸板的⽅法3.当烧成带前端温度偏低时，可采⽤增加燃料和增加⼀次空⽓的办法，当效果不显著时，再增开排烟机闸板，适当增加⽓流流速，提⾼烧成带前部的温度。【促进燃料燃烧的效果要好于将冷空⽓引进来的效果】d)码垛原理：保证砖垛的⼀定强度；要求“平”“稳”“直”。码砖通道当量直径越⼤，流速越快、对流传热系数越⼤。码砖技术：⼀般侧装，荷软低的平装，荷软⾼的⽴装。同时，码垛的外通道截⾯积要略⼤于内通道截⾯积。e)节能技术：（适⽤于各种窑炉）i.减少炉体散热和蓄热ii.选⽤不同窑型iii.改进窑的结构iv.合理组织燃烧v.余热回收与利⽤vi.制定合理烧成制度f)其他类型隧道窑i.顶燃式隧道窑：烧嘴设在窑顶，燃料和空⽓从顶部烧嘴喷⼊砖垛间隙中燃烧，与间歇式燃烧法相配合，效果更好ii.隔焰窑和半隔焰窑：⽤隔焰板将燃烧产物与制品隔开，辐射传热，制品不与⽕焰接触，不⽤装匣钵；设挡墙或者在隔焰板接近台⾯的地⽅开孔。前⾯所说的隧道窑主要是明焰式隧道窑。iii.推板式隧道窑：以推板作为运载⼯具，推进器推动推板，通过摩擦传送物品，分为滑动摩擦运动和滚动摩擦运动，推板分为有轨式和⽆轨式。v.vi.前移⼀步，再放到固定梁上，运⾏平稳，前后⼯序连成流⽔线vii.⽓垫窑：坯体在⽓垫状态（即在物料下⽅⿎⽓）下烧成viii.多通道隧道窑：有多条通道，为隔焰式，坯体在通道内，通道截⾯⼩，适⽤于⼩件制品七、间歇式窑炉a)间歇式与连续式窑炉的优缺点：见课后作业b)倒焰窑⼯作原理：将煤加⼊到燃烧室的炉箅上，⼀次助烧空⽓由燃烧室下⾯的灰坑穿过炉箅，通过煤层并使之燃烧。燃料产物⾃喷⽕⼝喷⾄窑顶，再⾃窑顶经过坯体倒流⾄窑底，经过吸⽕孔，⽀烟道及主烟道流向烟囱底部，最后由烟囱排出。坯体⽅式将热量传递给坯体。因⽕焰在窑内倒流，故称倒焰窑。分为圆窑和⽅窑两种。c)结构：窑顶与隧道窑相似，为拱顶；窑墙需要减少蓄热和散热；燃烧室（⽕箱），固体和液体需要设置，其他不⽤，需要略微倾斜，⽅便清灰；挡⽕墙使⽕焰斜向上喷⼊，合理地送⾄窑内，且防⽌⼀部分煤灰污染制品；喷⽕⼝，挡⽕墙与窑墙之间的缝隙，⾯积需适宜；排烟系统包含吸⽕孔、⽀烟道、主烟道和烟囱。d)窑内⽓体流动：由上⽽下流动“倒焰”⽅式，有利于窑内横断⾯上温度的均匀分布。垂直分流法则：当窑内e)压⼒制度：顶部正压，底部零压。（窑底正压，热⽓体从不严密处漏出，窑底为负压，窑内吸⼊冷空⽓）可以调节烟道闸板来空着压⼒。f)梭式窑，⼜称抽屉窑。窑车同⼀端进，同⼀端出，像窑车梭⼦往复运动，故称为“梭式窑”g)⼯作原理：坯体和制品的装卸在窑外，装好坯体的窑车被推⼊窑内后开始点⽕煅烧，经过预热、烧成、冷⽣的⾼温热烟⽓从窑车两侧与窑墙之间的缝隙流到窑车的顶部后，在烟囱抽⼒【烟囱是从窑底抽空⽓】的作⽤下再通过窑车上坯体之间的缝隙向下流动，在此过程中，热烟⽓把热量传给窑车上的坯体，使其烧制为产品，完成传热后的热烟⽓就变为废⽓，最后从排烟系统和烟囱排向⼤⽓。h)特点：所⽣产的制品适应性强，适⽤不同形状、不同⼤⼩、不同材质制品的烧成；适合⼩批量多品种产品⽣产；符合垂直分流法则，故窑内的温度⽐较均匀，没有像隧道窑内那样的⽓流分层现象i)结构：窑车衬砖、窑墙、窑顶、窑门、排烟系统j)钟罩窑⼜称升降窑、罩式窑：⽤于磁性材料、电⼦陶瓷等。k)蒸笼窑：类似于蒸笼，数节组成，半隔焰⼋、原料轻烧炉——⼆步煅烧⼯艺，即：先轻烧，再煅烧，多层炉、沸腾炉、悬浮轻烧炉。轻烧的含义是使原⽣产的热⼯设备i.⼯作原理炉体设多层炉床，⾃上⽽下分成⼲燥、预热、焙烧及冷却带。炉膛中⼼垂直的转轴带动各层炉床的耙臂、耙齿转动。物料从炉顶部周边的加料孔加⼊，炉内各奇数炉床的卸料⼝位于中⼼部位，偶数炉床的若⼲个卸料⼝均匀的布置在周边。由于奇、偶数炉床耙齿的定向不同，在耙齿的翻动和推动作⽤下，物料呈“S”型⾃上⽽下逐层下落，与来⾃燃烧室的热烟⽓逆流相遇进⾏热交换。在炉⼦中段数层设置烧嘴，燃料在炉膛内直接燃烧。空⽓由通风机送⾄中⼼转轴，流⾄排⽓孔排出。ii.画出⼯作原理简图。类似于竖窑，只不过在竖窑⾥⾯加了转轴和耙臂、耙齿，使物料散开，并在重⼒作⽤下与烟⽓逆流相遇发⽣热交换。逐步被后⾯两种原料轻烧炉【都是固体流态化原理】取代。b)沸腾炉：流化后的粒料上下翻动与流体的沸腾相似，故⼜称沸腾层，⽤此⽅法处理物料的热⼯设备称为沸腾炉i.流化：流体从下⽽上流过静⽌的粒状物料层时，若流速超过⼀定限度，则散料层开始膨胀、蠕动⽽具有流动性，变成假流体状态，这⼀过程称为散料层的流化。分为沸腾床（浓相流化区）和分离床（稀相流化区）ii.⼯作原理：从沸腾床顶部⼊料，经雾化的燃油在沸腾床底部喷⼊，在沸腾炉内燃烧，助燃空⽓由分布c)悬浮炉：是在载热⽓体的作⽤下，使细粒状或粉状物料悬浮于热⽓流中，⽓固间发⽣激烈的传热和传质过程的⼀种窑炉。i.结构：原料预热系统、原料轻烧系统和冷却系统ii.⼯作原理：类似于与悬浮预热器，记住右图九、玻璃⼯业窑：玻璃的熔制、成型和退⽕。包括玻璃熔窑和退⽕窑。玻璃熔窑有玻璃池窑【连续式，⽣产平板玻璃和⽇⽤玻璃（两者的玻璃液的分隔装置不同）】和玻璃坩埚窑【间歇式，⽣产特种玻璃】两⼤类窑型。a)玻璃的熔制过程——将配合料进⾏⾼温加热形成均⼀的、⽆缺陷的，并符合成型要求的玻璃液的过程称为玻璃的熔制过程：五个阶段，四个部分i.硅酸盐形成阶段：800~1000℃，⼀系列的物理和化学变化，料粉中的主要反应完成；粉料变为由硅酸盐和SiO2组成的不透明的烧结物ii.玻璃液形成阶段：1200~1300℃，成为含有⼤量可见⽓泡，在温度上和化学成分上不够均匀的透明的玻璃液iii.玻璃液澄清阶段：1400-1600℃，⽬的：排除可见⽓泡、消除玻璃液中的⽓孔组织的阶段，关键：⽓体的平衡关系由⽓体在各相中的分压决定。温度升⾼，粘度降低，⽓泡⼤量逸出，或加⼊澄清剂，搅拌。故澄清阶段温度最⾼。排除⽅式：逸出排除（⼤⽓泡）和溶解排除（⼩⽓泡，温度降低⽓泡会出来）iv.玻璃液均化阶段：⽐澄清温度略低，消除玻璃液中带有与玻璃化学成分不同的不均匀体的过程。分为扩散均化、搅拌均化和对流均化三种⽅式。v.玻璃液冷却阶段：通常约降低200～300℃，b)玻璃窑的结构很复杂，这⾥只以浮法横焰窑为例，如图所⽰。池窑的结构i.熔制部分分为：1.投料部（正⾯投料均匀易跑料，侧⾯投料反之，可以有各种投料机）2.熔化部（分为⽕焰空间和窑池【熔化带和澄清带】，进⾏配合料熔化和玻璃液澄清、均化）3.分隔装置（玻璃液分隔装置，如卡脖【此处设有搅拌器】；⽓体空间分隔装置，矮碹）4.冷却部（进⼀步均化玻璃液，将温度降低到⼀个合理的范围，达到所需的粘度，分配玻璃液到各个供料通道。）ii.成型部——锡槽：来⾃池窑的玻璃液，在锡槽中飘浮在融熔锡液表⾯，完成摊平、展薄、冷却、固形等过程1.⼯作原理：⼀是重⼒，⼆是表⾯张⼒。重⼒使玻璃液摊开，⽽表⾯张⼒阻⽌玻璃液摊平，如果两2.3.保护⽓：从槽顶进⽓孔进⼊锡槽，氮⽓或氢⽓还原⽓氛，防⽌锡被氧⽓氧化。iii.热源部分：燃烧室——⼩炉iv.余热回收利⽤部分：蓄热室、热交换器、余热锅炉。v.排烟供⽓部分：保证窑炉正常、连续、有效的排除烟⽓维护窑炉正常⼯作，并提供空⽓输送、烟⽓排出的通道c)玻璃窑炉的⼯作原理：物料从投料⼝进⼊玻璃池窑，燃料从胸墙上的燃烧室喷⼊，物料经过5个熔制过程形成适于成型的玻璃液，进⼊冷却部进⼀步均化，然后进⼊锡槽成型，完成四个区，进⼊退⽕窑退⽕，经历四个阶段最后进⾏切割成型。【仅供参考】d)池窑内玻璃液的流动：原因：⽣产流（成形流）与热对流（⾃然流）i.热对流：温度差引起密度差进⽽引起静压差造成玻璃液⾃然流动。（温差与粘度是影响⾃然对流剧烈程度的因素。）ii.⽣产流：顾名思义，就是玻璃液从左往右的流动。iii.玻璃液的⾃然流动：熔窑中玻璃液上部是由⾼温区流向低温区，⽽下部是由低温区流回⾼温区。【结论可⽤于下⾯的横向流的⽅向】iv.1.纵向流2.横向流：在窑宽⽅向上，池窑两侧温度低，中间温度⾼⽽形成的，表⾯热点（澄清阶段的1600℃）中⼼向两侧流动，深层两侧向中⼼流动。3.回旋流：纵向流与横向流的相互作⽤，搅和在⼀起形成回旋流动。e)池窑内的热交换：i.⽕焰空间内的热交换（⽕焰、窑墙和碹顶、被加热的配合料和玻璃液），热交换的主要形式为热辐射和热对流。ii.玻璃液内的热交换：以热辐射和传导为主，对流换热主要在液流流动的⽅向上，垂直液流⽅向上依靠传导传热和辐射传热，换热量很少。：i.由于热点和投料池之间的温度差，表层玻璃液会向投料池⽅向回流【回想起温度曲线，并画出温度曲线，标注热点】，使得⽆泡沫的玻璃液和有泡沫的玻璃液之间有⼀条明显的分界线，称为泡界线ii.泡界线的位置和形状是判断横焰窑熔化作业正常与否的标志，即熔化带和澄清带的分界线iii.成因上来看，泡界线应该与热点位置⼀致，为了防⽌跑料，⼀般将泡界线往投料⼝⽅向移⼀些iv.泡界线应该呈朝冷却部防线的凸弧形，两边对称，不要有偏斜；泡界线应整齐清楚、线外液⾯清亮、⽆沫⼦。g)退⽕窑i.作⽤：消除或减少玻璃制品在成型后或热加⼯后其内残余的热应⼒以及由此导致的光学不均匀性、并稳定玻璃制品的内部结构，这样可防⽌其炸裂以及提⾼其强度。ii.原理：在玻璃应变温度以上，处于弹性状态的玻璃制品在冷却过程中，因其导热性较差，于是在其表⾯层和内层之间会产⽣温度梯度，这就在玻璃制品内部产⽣应--暂⼒时应⼒。随着温度梯度消失，暂时应⼒也随之消失iii.⼀次退⽕(从锡槽出来的玻璃原板由过渡辊台直接进⼊退⽕窑)，四个阶段1.加热(冷却)阶段：从总体上来说，玻璃原板的温度⾼于最⾼退⽕温度tmax，玻璃原板似乎只需冷却到tmax，但是玻璃原板表⾯因敞露⽽产⽣上、下温差以及中间、边部温差，因此，在此冷却阶段内仍需对玻璃原板上、下表⾯加热(尤其是边部)。通过加热来对玻璃原板的横向温度差进⾏调整。注意：主体是冷却2.⾼温保温阶段：重要退⽕区，该阶段是指玻璃制品的温度在tmax~tmin之间，在此阶段内可以消除⼤部分的热应⼒3.慢速冷却阶段：该阶段是指玻璃温度已经低于tmin。在此阶段，由于玻璃的黏度⾜够⼤，热应⼒不可能松弛，因此冷却速度可以加快，但是也要保持⼀定的冷却速度，以避免在玻璃原板内形成较⼤的暂时应⼒⽽引起玻璃原板炸裂。4.快速冷却阶段：在此阶段，玻璃温度已经很低，因此冷却速度可以更快。就平板玻璃⽽⾔，是通过吹风冷却来使玻璃原板的温度满⾜其切割和装架的要求。h)马蹄焰玻璃池窑：连续式池窑，⽕焰⽓体的形状呈马蹄形，多数侧⾯投料，蓄热式在前部，⽤于⽣产⽇⽤玻璃制品，⽆锡床，结构简单，投资少，对产品的适应性强i)坩埚窑：间歇式窑，在窑内放置坩埚，在坩埚内将配合料熔化成玻璃液，⼯艺适应性强。【此前所说的都是连续式窑】并给出其与池窑的区别⼗、电阻炉及电热炉a)电炉的特点和分类：⼆.电炉的分类i.按作业⽅式：间歇式、半连续式、连续式操作电炉。ii.按结构特点：箱式、井式、台式炉。iii.按电热体（元件）材料和形状：钼丝炉、硅碳棒炉、硅钼棒炉、炭粒炉、⽯墨碳管炉等。b)电加热原理：当电流在导体（电热元件）中流过时，因为任何导体均存在电阻，按焦⽿定律，电能转化为热能。电炉分为直接加热式（电源直接与被加热样品相连）和间接加热式，⼯业电热炉基本都是间接加热式。c)主要的技术特性：i.电炉有效功率，指电炉消耗电能=有效功率+损失功率ii.加热能⼒，指电炉的有效功率iii.升温速度，指升温速度快，升温时间短，⽣产率⾼，单位制品的电耗量降低。iv.空炉损失，即炉体蓄热损失d)电阻发热元件：⾦属电热体和⾮⾦属电热体。i.电热体材料具有的条件和性质：1.电热体的发热温度要满⾜⼯艺要求；2.电热体具有较⾼的电阻率。3.电热体在⾼温下必须稳定，不易氧化，不与炉内衬砖和⽓体发⽣化学反应。4.电热体应具有优良的⼒学性能5.线膨胀系数不能太⼤6.满⾜设计要求情况下，考虑材料成本ii.纯⾦属：（⾼熔点⾦属：Mo,W,Pt）共同特点①电阻系数⼤，熔点⾼，抗氧化差（⼀般不适宜⽤在空⽓状态中）。②加热时，功率不稳定，⼀定要配磁性调压器或可控硅加调压器，加热器电压应该⼩于100伏。1.钼丝（Mo）熔点2630℃，抗腐蚀，制成丝状、带状或棒状，因为⾼温脆性⼤。常⽤温度：1600℃2.钨（W）（熔点：3410℃）最⾼使⽤温度：2500℃；常⽤温度：2200—2400℃；使⽤时要⽤变阻器或变压器来调节。与铼构成合⾦，制成的热电偶可测到2835℃。3.铂（熔点：1768℃），是最好的⾼温耐腐蚀⾦属材料，不直接氧化，是唯⼀能抗氧化直⾄熔点的难熔⾦属。iii.⾦属合⾦：1.镍铬丝（Ni15Cr60、Cr20Ni80）1．电阻率较⼩，⾼温强度⾼；2.加⼯性能好，⾼温下⼒学性能不发⽣⼤变化；2．最⾼使⽤温度：1000—1050℃。2.Cr27Al7Mo21．最⾼使⽤温度：1400℃2．在氮⽓中使⽤⽐空⽓中寿命低（N2会破坏加热元件的氧化膜）3.铁铬铝（FeCrAl）1.电阻率⼤，电阻温度系数⼩。2.使⽤温度⾼，空⽓中最⾼使⽤温度：1000—1100℃。3.抗氧化抗腐蚀能⼒好，价格低。iv.⾮⾦属1.硅碳棒（SiC-94.4%，SiO2-3.6%，其余Al、Fe、CaO）空⽓中使⽤温度：600℃～1500℃。硬度⾼，脆性⼤，耐急冷急热；良好的化学稳定性，但碱和碱⼟⾦属氧化物在⼀定温度条件下对其有侵蚀作⽤。是最常⽤的⾮⾦属电热元件。使⽤时间过长，在⾼温下，空⽓中的O2、CO2、H2O汽使其氧化，⽣成SiO2薄膜电阻增加，发⽣“⽼化”，降低电流来保证热效应相同，但功率⼀定时，需要增加电压，需要配备调压装置。2.⼆硅化钼（MoSi2），硅钼棒，⾼温下耐氧化，耐⾼温（1200～1650℃）适⽤于空⽓、氮⽓、惰性⽓体中，但不适⽤于还原性⽓氛中。3.碳系电热元件：⽯墨（熔点：3600℃）常⽤1400—2500℃；耐⾼温，加⼯性能好，价格低；使⽤寿命主要决定于其氧化、挥发的速度；e)电阻发热元件的安装i.丝状电热体：平放在炉膛的砖槽或搁丝砖上，或套在陶瓷管上ii.硅碳棒电热体：质地脆，安装使⽤时应⼩⼼保护iii.⼆氧化钼电热体：悬吊安装最为理想f)电阻炉功率的调节：⼀是电阻炉总耗电功率的调节；⼆是电热元件发热功率的调节。⼀般来说，其调节⽅法有两种：i.利⽤变压器来调节；ii.改变电热元件的连接⽅法（如星形、三⾓形、串并联）来调节。g)电磁感应炉：分为感应熔炼炉和感应加热炉，优点是：加热快，温度⾼，加热质量好，功率控制⽅便，易于实现机械化、⾃动化等。只是有⼀定的局限性。按照频率分为⼯频、中频和⾼频三种。i.原理：把受感导体放⼊交变磁场中，其内会产⽣电动势，于是其内就有交流电流动，称为：感应电流。感应电流的频率变化与原电源电流频率变化⼀样，ii.集肤效应，它是感应加热的第⼀个特性：电流频率为⼯频（我国50Hz）时，整个施感导体和受感导体截⾯上电流均匀分布，若将电流频率增加时（频率越快，感应出热量越多，加热速度就越快），导体内电流的分布就不再均匀，受感导体内电流集中在导体表层。电流频率越⾼，集肤效应越显著。iii.感应加热的第⼆个特性——电流主要沿匝圈的内侧通过。如果导体绕成线圈。当导体⾥有电流通过时，导线将被磁⼒线所围绕，因为线圈周围的磁⼒线集中于内侧，⽽且内侧的磁场强度⽐外侧要⼤，所以内侧的电流强度就⽐外侧⼤。iv.施感导体距材料愈近，加热愈快；反之依然。材料与感应圈之间的距离称为：耦合距离。⾦属材料可直接放在耐⽕坩埚⾥感应加热（直接加热，因为⾦属是导体）；⾮⾦属材料则要放⼊⽤Mo、W、镍铬合⾦、⽯墨、SiC、ZrO2等材质坩埚（发热体）内加热，间接加热。h)电弧炉：利⽤电弧产⽣热量来加热材料，其优点是：加热快、加热温度⾼【⾼达5000℃】、调节⽅便；其缺点是：耗电较多、电极损耗较⼤、配套设备复杂。i.电弧加热原理：两根靠得很近，中间有⼀定间隔的电极，当通电时，就会发出耀眼的⽩亮⽕光——电弧。i)弧像炉：研究化学性活泼材料的⾼温性能、⾼温下不能沾污和化学计量⽐不能改变的⾼温单晶⽣长过程；纯度要求极⾼材料的⾼温制备过程，需要像弧像炉这样的⽆沾污加热设备。i.原理：弧像炉仍以电弧为热源，但需要将电弧的辐射能通过光学⽅法聚集到被加热材料上，即形成⼀个辐射圆锥，从⽽使热源在圆锥尖端成像来形成局部⾼温j)电⼦束炉：是利⽤⾼速运动电⼦的能量来加热材料的电热炉，⼜称：电⼦轰击加热器。i.原理：类似是⼀个⼆极管，通过热电发射的⽅式获得初速度的电⼦，2在000V以上的⾼电压降作⽤下向被加热材料（试样）加速，并电磁或静电透镜的⽅法使电⼦束朝着试样聚焦，使得被加热区达到3500℃以上。当然⽤电⼦轰击加热需要在发射器和试样之间产⽣受控制的电流，这只有在真空中才能实现k)等离⼦体炉：等离⼦体炉⽤的是⾼温等离⼦体。等离⼦体炉很容易达到其他普通窑炉不易达到、甚⾄不能够达到的⾼温，⼀般能达到10000℃以上的⾼温i.备注：利⽤电能产⽣的等离⼦体可达⼀万度以上，利⽤核能等还可获得⼏⼗万~⼏千万度，热核聚变产⽣的等离⼦体核⼼最⾼温度为⼏亿度）ii.等离⼦体⽤途很⼴，在材料研究领域，等离⼦体应⽤⼴泛，例如，材料“放电等离⼦体烧结”，简称：SPS（SparkPlasmaSintering）技术（可制备纳⽶陶瓷，因为晶粒长不⼤）。此前，类似的技术还有：等离⼦体活化烧结（PlasmaActivatedSintering，简称：PAS）、等离⼦体辅助烧结（PlasmaAssistedSintering，简称：PAS），它们都可以追溯20世纪30年代出现的脉冲电流烧结（PulseElectricCurrentSintering，简称：PECS）。l)微波加热：属于内部加热，即材料吸收谐振的微波能后转化为材料的内能，传热⽅向从内向外⽽温度梯度⽅向是从外向内。微波加热是整体均匀受热，简称：体加热。【四⾯⼋⽅同时加热】i.材料⾃⾝吸热，提⾼了加热效率，微波烧结材料可缩短烧结时间，即所谓：快速烧结ii.可实现空间选择性烧结；复合材料的选择性烧结（因为介电损耗不同）⼗⼀、燃料燃烧a)燃烧的定义：燃料中的可燃物与空⽓产⽣剧烈的氧化反应，产⽣⼤量的热量，并伴有强烈的发光现象。普通燃烧靠热空⽓传热，爆炸燃烧靠爆炸产⽣的压⼒波将冷可燃物加热⾄着⽕温度以上⽽燃烧。燃烧的三个条件：燃料、空⽓和温度达到着⽕温度【着⽕点、燃点】（燃烧所需的最低温度）。由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应（燃烧）的瞬间叫“着⽕”b)低温时，温度主导，为动⼒燃烧区；⾼温时，扩散速度主导，为扩散燃烧区。c)固体燃料：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），除此还有含有⼀定数量的灰分（A）和⽔分（W）。i.煤，按国家标准，分为三类:褐煤（极易氧化和⾃燃）、烟煤（挥发份多）、⽆烟煤（挥发份少）ii.两种常⽤表⽰⽅法：元素分析法（C、H、O、N、S、A（灰分，煤燃烧后的产物）、M）和⼯业分析iii.（1）收到基（应⽤基）（2）空⽓⼲燥基（分析基）（3）⼲燥基（⼲燥基）（4）⼲燥⽆灰基