石灰、耐火原料在煅烧竖窑内物(wù)料煅烧特性介绍
2022-12-13 16:39:13 点击：
石灰、耐火原料在煅烧竖窑内物(wù)料煅烧特性介绍，下面先讲一下竖窑的分(fēn)类及优缺点：
1、竖窑(又(yòu)称立窑、瓶窑)是用(yòng)于锻造耐火原料和石灰的窑炉。
(1)垂窑分(fēn)类方法:
一般可(kě)根据不同的锻料类型和燃料使用(yòng)情况进行分(fēn)类，也可(kě)根据不同的送风方式和机械化水平进行分(fēn)类。
1)根据不同类型的锻料可(kě)分(fēn)為(wèi)：
粘土竖窑(锻烧温度1300-1400℃).(煅烧温度1600-1650℃).(煅烧温度12000-1300℃).(煅烧温度1600-1650℃).(煅烧温度14500-1650℃)；
2)按使用(yòng)燃料类型可(kě)分(fēn)為(wèi)：
固體(tǐ)燃料竖窑(焦炭.无烟煤為(wèi)燃料).液體(tǐ)燃料竖窑(以重油為(wèi)燃料).气體(tǐ)燃料竖窑(焦炉气體(tǐ)燃料).混合煤气.天然气)；
3)根据不同的送风方式可(kě)分(fēn)為(wèi)：
强制通风垂直窑利用(yòng)鼓风机将空气鼓入窑内，加强锻造过程。
自然通风竖窑：窑内气體(tǐ)流动主要依靠竖筒本身的自然抽力。
·根据机械化程度的不同可(kě)分(fēn)為(wèi)：人工加料垂窑.机械化垂窑，从加料到出料完全机械化。
(2)垂直窑的优点：
设备简单.投资少.单位成品消耗的燃料较少.成本低.单位體(tǐ)积利用(yòng)系数大.设备本身占地面积小(xiǎo)。缺点:窑内温度分(fēn)布不均匀，容易产生欠烧和过烧产品；使用(yòng)焦炭或无烟煤作為(wèi)燃料时，灰分(fēn)污染产品；对内原料块度有(yǒu)一定限制，碎料(0)mm)垂直窑不能(néng)用(yòng)于锻造，造成资源浪费，垂直窑生产能(néng)力小(xiǎo)，劳动条件差。
从垂直窑的发展来看，初是人工操作，自然通风，定期加料。随着生产技术的发展，為(wèi)了提高产量.质量.改善劳动条件.提高生产效率.降低燃料消耗，逐步实现机械化通风.机械化加料和出料.水冷炉壁.密封装置等类型的机械化竖窑，使竖窑不断改进，以适应生产现代化。
图1:机械化垂直窑示意图
图2:哑铃重油石灰垂窑
2.竖窑结构.形状
(1)竖窑结构
窑體(tǐ).加料装置.密封装置.汽化冷却装置.卸料装置及通风装置等。
(2)窑體(tǐ)形状:
无疑对窑内物(wù)料的运动和气流在窑内的分(fēn)布有(yǒu)重要影响。保证窑内物(wù)料的均匀下沉和使气流沿窑截面均匀分(fēn)布，是垂直窑形状的基本要求。其形状大致如下：
1)直筒形:即上下内径相同的圆筒形，适用(yòng)于煅烧各种耐火原料。这种垂直窑结构简单.坚固，有(yǒu)利于材料顺行均匀下沉，砌筑方便。但是，当材料在窑内自上而下运动时，一旦烧结，體(tǐ)积就会收缩，与窑壁形成环形缝隙，导致窑周围阻力小(xiǎo)于窑中间；同时，靠近窑衬的材料堆积密度也比中间松散，导致垂直窑同一截面通风不均匀，导致材料煅烧不均匀。
2)锻烧带内径收缩的圆柱形垂直窑:為(wèi)了克服上述缺点，煅烧带内径可(kě)以稍微收缩，从而减少材料与窑壁之间的缝隙，使气體(tǐ)沿窑段均匀分(fēn)布。对于使用(yòng)汽化冷却炉壁的垂直窑，周围材料在下沉过程中也可(kě)以向内翻转，从而改善材料的煅烧条件，减少欠烧产品。
3)哑铃垂直窑：為(wèi)扩大窑體(tǐ)积，常采用(yòng)预热带和冷却带扩大哑铃截面。
4）矩形垂直窑：以重油和煤气為(wèi)燃料的垂直窑。由于火焰穿透深度的限制，窑體(tǐ)积不宜过大。因此，大容积重油的设计.气體(tǐ)和外火箱竖窑应采用(yòng)矩形截面，其體(tǐ)积范围：白云石.镁石.粘土及高铝原料竖窑容积在50以上m?;石灰竖窑容积大于1000m?。
3.竖窑各带的作用(yòng)。
(1)竖窑原料需经过三带:预热带.煅烧带.冷却带。
（2）预热带原料借助烟气预热；長(cháng)期燃烧带的原料通过燃料燃烧产生的热量煅烧；在冷却带中煅烧的原料与膨胀的冷却空气进行热交换，原料冷却，空气加热后进入煅烧带，以帮助燃烧，热交换在预热带和冷却带上，热得到更好的利用(yòng)。因此，与其他(tā)类型的窑相比，垂直窑具有(yǒu)较高的热效率。原料在窑中的停留时间具有(yǒu)重要意义。如果停留时间短，会影响煅烧质量；停留时间过長(cháng)会降低窑产量，增加热耗，有(yǒu)时会影响产品质量。因此，原料在窑中的停留时间应与窑内的传热情况相匹配。如果锻造温度适当，增加流量速度，降低原料块度，可(kě)加快传热速度，缩短原料窑的停留时间，提高窑产量。
4.喇叭型垂窑窑窑窑型4。
(1)设计原则:
1)窑體(tǐ)上口直径等于或略小(xiǎo)于窑體(tǐ)下口直径，有(yǒu)效高度12m;
2)窑體(tǐ)直径基本為(wèi)两端小(xiǎo).中间大;
3)根据窑體(tǐ)有(yǒu)效高度合理(lǐ)设计预热带.煅烧带.冷却带各带高度；
4)高度与直径之比建议為(wèi)3.8?4.(范围不超过42(范围不超过42(范围不超过42).3)。由于高径比小(xiǎo)，原料预热不足，窑顶废气温度过高，热能(néng)利用(yòng)率低；高径比大，原料在窑内停留时间長(cháng)，操作困难；
5)窑壁收缩率(窑壁向内倾斜)应掌握在5?6%之间，因為(wèi)太小(xiǎo)变成直筒型，太大时窑顶直径太小(xiǎo)；
6)窑尾收缩应在中炉条以上1.2m高处开始向下收缩，因為(wèi)过高不利于落料，过低的炉条承受压力过大，容易损坏炉条，其收缩率為(wèi)25?30%;
7)设计应通过预热有(yǒu)利于原材料.煅烧.冷却三带不紊乱，顺序下沉。操作方便，三带稳定，无事故。之后达到高品质、高产量、高产量。.低消耗的目的。
（2）12m竖窑各部分(fēn)主要尺寸：
1)窑體(tǐ)有(yǒu)效高度12)m，中炉条上1.2m处直径為(wèi)2.8?3m。窑底直径為(wèi)2.5?2.6m，窑顶直径為(wèi)1.6?1.8m，窑壁向内倾斜為(wèi)5?6%。
2)窑壁厚度:由窑衬和隔热层组成。窑衬用(yòng)耐火砖砌筑时厚度為(wèi)0.35m。窗衬与隔热层厚度之和不小(xiǎo)于1.1?1.2m。
3)出料口：高2.2m，宽1.8?2.0m。出料口前后窑壁厚度為(wèi)1.2m。
4)进料口：高1.6m，宽0.8m。如果炉顶口较大，则相对开启两个进料口。
5)吸尘洞：与窑體(tǐ)纵向平行，一般在窑體(tǐ)后面。距窑内壁22.8m左右。下口低于下面的大炉条；上出地面2；m。底圆直径為(wèi)0.6m，上口直径為(wèi)0.5?0.4m。
6)吸热洞：位于工房顶部，直径0.4?0.5m，上面超过地面2m。
7)炉帽：位于窑顶，有(yǒu)圆形和方形两种。以方形為(wèi)例：高2.2m，内墙靠近窑壁的点為(wèi)0.35m。外墙長(cháng).宽均為(wèi)2.2m。其墙厚度為(wèi)0.4m(或0.37m)，两对进料口或一个进料口和一个排烟口。
8)烟囱拐道:是连接烟囱和炉帽的设施，其長(cháng)度取决于情况。要有(yǒu)一定的坡度，内部尺寸高0.8m，宽0.7m。出口高度应与烟囱下留下的口一致，距地面2.5?3m高。
9)烟囱:高度為(wèi)窑體(tǐ)有(yǒu)效高度1.5?两倍。外壁向内倾斜3%。烟囱出口内径不小(xiǎo)于0。.8-1m。
5、竖窑的高径比
窑的内径是基于煅烧原料的性质.锻烧温度高低.煅烧操作的灵活性是由其他(tā)因素决定的。窑内径大，产量高。然而，内径过大，在整个窑體(tǐ)的横截面上很(hěn)难一致地透气.煅烧均匀，窑内煅烧不易掌握。一般来说，锻造温度是根据原料的性质要求的.高径比由各种因素决定，如产量要求和能(néng)耗。
所谓高直径比是指窑體(tǐ)的有(yǒu)效高度与窑體(tǐ)内径之比。如果高直径比过大，则意味着窑體(tǐ)过長(cháng)，会增加空气通过材料层的流體(tǐ)阻力；如果高直径比太小(xiǎo)，窑體(tǐ)太短，热交换太晚。因此，不适当的高直径比，无论是太大还是太小(xiǎo)，都会影响产品质量.产量和燃料消耗。
目前，河南省明矾土立窑的高径比一般為(wèi)3.8?4.2，不能(néng)超过4.3.对于煅烧耐火原料，高径比可(kě)达上限4.2、对于煅烧研磨级原料，高径比可(kě)取下限3.8。
6.垂直窑内物(wù)料的运动模式
（1）在垂直窑中，材料和气流向相反方向移动。材料在垂直窑中移动有(yǒu)两个原因：一是煅烧过程中材料收缩引起的上部材料（预热带和锻造燃烧带）；二是下部材料的卸载导致整个窑材料的运动。因此，预热带上层的材料包括所有(yǒu)收缩运动和排放运动（而冷却带几乎只有(yǒu)排放运动）。混合窑应包括燃料燃烧引起的收缩运动。
(2)垂直窑内的空气从窑底膨胀或吸入，烟气通过烟囱从上部排出。气體(tǐ)通过散料层时，阻力损失很(hěn)大，每米散料层阻力可(kě)达800?1000Pa。因此，研究垂直窑的气體(tǐ)运动，以确保煅烧带燃料燃烧所需的空气供应.合理(lǐ)分(fēn)布窑面气體(tǐ).减少气體(tǐ)流动过程中的阻力损失.保证垂窑产量.质量等方面都是有(yǒu)意义的。
1)垂直窑生产与鼓风条件之间的关系：当垂直窑段固定时，如果气流增加，气流速度加快；随着空气量的增加，燃料燃烧速度加快；同时，气流和材料之间的对流热交换增加，从而加材料预热.窑炉在煅烧和冷却过程中的产量.可(kě)以提高煅烧材料的质量。垂直窑一般采用(yòng)高压离心鼓风机或罗茨鼓风机。為(wèi)了降低功耗，在实际操作中应确定更经济合理(lǐ)的气流速度。
2)垂直窑段上的气流分(fēn)布：由于窑内材料的积累方式不同，在气體(tǐ)流动过程中会明显影响阻力损失。在窑壁附近，材料堆积与窑壁之间的孔隙率大于材料之间的孔隙率。此外，材料收缩导致环形间隙，使气流更容易通过周围，即在窑的同一部分(fēn)，周围气流的分(fēn)布大于中心。由于气流分(fēn)布不均匀，窑同一部分(fēn)的材料煅烧不均匀，这种现象被称為(wèi)窑壁效应。由于截面上的气流分(fēn)布不均匀，影响垂直窑内锻造带材料的位置和形状。
例如，对于固體(tǐ)燃料的混合材料，由于气流容易通过周围區(qū)域，周围燃料点燃较早，燃烧速度较快；由于流體(tǐ)阻力大，中心气流不易通过，需要较晚点燃，燃烧过程也较慢，从而形成“碗状”煅烧带。随着鼓风压力的增加，空气供应充足，整个煅烧带会向上移动，相应缩短；但是，它周围的火还是比中心快，所以还是“碗状”。如果窑内阻力大，鼓风压力低，空气供应不足，煅烧带向下移动，拉長(cháng)。这不仅降低了煅烧温度，而且缩短了冷却带，影响了材料的煅烧和冷却。
為(wèi)了克服上述现象，应增加周围流體(tǐ)的阻力，平衡窑段的通风。因此，有(yǒu)必要进行合理(lǐ)的布料，即将碎料分(fēn)布在周围，以增加阻力，并减少周围的燃料量以降低温度。
為(wèi)了保证窑内气體(tǐ)的正常流动，保持锻造燃烧带所需的空气量，可(kě)采用(yòng)三种不同的通风方式：一种是压入通风，即风机从窑底鼓入空气，在窑内形成正压；第二种是从窑顶抽出通风，在窑内形成负压；第三种是平衡通风，即从窑底抽风，从窑顶抽风，在窑内形成既有(yǒu)正压區(qū)又(yòu)有(yǒu)负压區(qū)，在窑内一定高度形成零压面压力系统。一般来说，机械化垂直窑采用(yòng)通风形式，而自然通风垂直窑是第二种方式。
7.在垂直窑中燃烧固體(tǐ)燃料的方法
在垂直窑中，除原料烧结外，燃料燃烧释放的热量是窑衬里散热，烟气带走热量，导致垂直窑热效率低(约50%)。
垂直窑中的燃料是固體(tǐ).液體(tǐ).气體(tǐ)三者均可(kě)。天然气。.重油常用(yòng)于高煅烧温度的白云石或镁砂立窑；炉煤气可(kě)用(yòng)于低煅烧温度的石灰或粘土立窑。但目前，固體(tǐ)燃料（煤和焦炭）被广泛使用(yòng)。
（1）垂直窑内固體(tǐ)燃料的燃烧方法分(fēn)為(wèi)窑内燃烧和窑外燃烧室燃烧两种。前者可(kě)分(fēn)為(wèi)燃料和原材料分(fēn)层装载和混合装载。
（2）外火箱燃烧方式：主要适用(yòng)于低温粘土垂直窑。其优点是煤中的灰分(fēn)不会污染原料，熟料的纯度较高，特别是对于灰分(fēn)较多(duō)的煤。当燃料添加到垂直窑中燃烧时，它会同时将热量传递给原材料，从而快速传递热量.产量高.煤耗低.设备也比较简单。但是这种燃烧方式对燃料有(yǒu)一定的要求：
1)煤灰含量应小(xiǎo)于20%。灰分(fēn)过高，一方面降低了热值.污染原料.影响熟料的纯度；同时，很(hěn)容易造成窑.结瘤现象。对镁砂.白云石质熟料要求燃料灰分(fēn)低于13%。
2)煤的粒度控制非常重要，影响燃料燃烧速度和燃烧带的厚度。為(wèi)了确保原材料在锻造和燃烧过程中有(yǒu)足够的时间，煤的粒度应与原材料的粒度（块）成一定的比例。煤粒太小(xiǎo)，燃烧时高温带过于集中，高温带较短，高温带原材料的锻造和燃烧时间较短，原材料的物(wù)理(lǐ)和化學(xué)变化太晚，影响熟料的质量。同时，煅烧带缩短，预热带相对增長(cháng)，煅烧带产生CO预热带时还原為(wèi)CO比例增加，导致热耗增加。如果煤粒过大，燃烧速度会减慢，煅烧带拉長(cháng)，火力不集中，冷却带会相应缩短，导致煅烧和冷却原料质量差。
入窑燃料粒度要求:对于白云石.镁砂垂直窑，易烧结原料，燃料粒度25?40mm;难烧结原料，燃料粒度40?70mm或25?40mm。石灰垂直窑：原料粒度30?70mm，燃料粒度13?25mm或25?40mm;原料粒度70?75mm，燃料粒度25?40mm。
3)為(wèi)了防止热损失过大，燃料的挥发分(fēn)应小(xiǎo)于7%。
燃料在外部燃烧室内燃烧，燃烧产生的烟气通过窑壁火孔进入窑内。这种窑炉可(kě)以使用(yòng)挥发性含量高的燃料。燃料灰分(fēn)对原料的粘性也比混合垂直窑轻，因此这种垂直窑采用(yòng)了广泛的燃料类型，也可(kě)以使用(yòng)劣质煤。然而，由于燃烧室中的一些热量损失，其燃料消耗量高于混合垂直窑。此外，原料煅烧不够均匀，窑的中心部分(fēn)容易出现原料现象。為(wèi)了克服这一现象，外部燃烧室的垂直窑一般形成一个矩形截面，根据烟气的渗透深度确定矩形截面的宽度，以确保沿截面的均匀煅烧。
