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技術(shù)專欄

煅燒豎窯種類及窯內(nèi)石灰、耐火原料的煅燒特性

編輯:耐火磚廠家   分類:技術(shù)專欄  發(fā)布:2022-12-13   瀏覽:
 
1、豎窯的分類及優(yōu)缺點(diǎn)
豎窯(又稱立窯、瓶窯)是用于鍛造耐火原料和石灰的窯爐。
(1)垂窯分類方法:
一般可根據(jù)不同的鍛料類型和燃料使用情況進(jìn)行分類,也可根據(jù)不同的送風(fēng)方式和機(jī)械化水平進(jìn)行分類。
1)根據(jù)不同類型的鍛料可分為:
粘土豎窯(鍛燒溫度1300-1400℃).(煅燒溫度1600-1650℃).(煅燒溫度12000-1300℃).(煅燒溫度1600-1650℃).(煅燒溫度14500-1650℃);
2)按使用燃料類型可分為:
固體燃料豎窯(焦炭.無煙煤為燃料).液體燃料豎窯(以重油為燃料).氣體燃料豎窯(焦?fàn)t氣體燃料).混合煤氣.天然氣);
3)根據(jù)不同的送風(fēng)方式可分為:
強(qiáng)制通風(fēng)垂直窯利用鼓風(fēng)機(jī)將空氣鼓入窯內(nèi),加強(qiáng)鍛造過程。
自然通風(fēng)豎窯:窯內(nèi)氣體流動主要依靠豎筒本身的自然抽力。
·根據(jù)機(jī)械化程度的不同可分為:人工加料垂窯.機(jī)械化垂窯,從加料到出料完全機(jī)械化。
(2)垂直窯的優(yōu)點(diǎn):
設(shè)備簡單.投資少.單位成品消耗的燃料較少.成本低.單位體積利用系數(shù)大.設(shè)備本身占地面積小。缺點(diǎn):窯內(nèi)溫度分布不均勻,容易產(chǎn)生欠燒和過燒產(chǎn)品;使用焦炭或無煙煤作為燃料時(shí),灰分污染產(chǎn)品;對內(nèi)原料塊度有一定限制,碎料(0)mm)垂直窯不能用于鍛造,造成資源浪費(fèi),垂直窯生產(chǎn)能力小,勞動條件差。
從垂直窯的發(fā)展來看,初是人工操作,自然通風(fēng),定期加料。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,為了提高產(chǎn)量.質(zhì)量.改善勞動條件.提高生產(chǎn)效率.降低燃料消耗,逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化通風(fēng).機(jī)械化加料和出料.水冷爐壁.密封裝置等類型的機(jī)械化豎窯,使豎窯不斷改進(jìn),以適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化。
 
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圖1:機(jī)械化垂直窯示意圖
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圖2:啞鈴重油石灰垂窯
2.豎窯結(jié)構(gòu).形狀
(1)豎窯結(jié)構(gòu)
窯體.加料裝置.密封裝置.汽化冷卻裝置.卸料裝置及通風(fēng)裝置等。
(2)窯體形狀:
無疑對窯內(nèi)物料的運(yùn)動和氣流在窯內(nèi)的分布有重要影響。保證窯內(nèi)物料的均勻下沉和使氣流沿窯截面均勻分布,是垂直窯形狀的基本要求。其形狀大致如下:
1)直筒形:即上下內(nèi)徑相同的圓筒形,適用于煅燒各種耐火原料。這種垂直窯結(jié)構(gòu)簡單.堅(jiān)固,有利于材料順行均勻下沉,砌筑方便。但是,當(dāng)材料在窯內(nèi)自上而下運(yùn)動時(shí),一旦燒結(jié),體積就會收縮,與窯壁形成環(huán)形縫隙,導(dǎo)致窯周圍阻力小于窯中間;同時(shí),靠近窯襯的材料堆積密度也比中間松散,導(dǎo)致垂直窯同一截面通風(fēng)不均勻,導(dǎo)致材料煅燒不均勻。
2)鍛燒帶內(nèi)徑收縮的圓柱形垂直窯:為了克服上述缺點(diǎn),煅燒帶內(nèi)徑可以稍微收縮,從而減少材料與窯壁之間的縫隙,使氣體沿窯段均勻分布。對于使用汽化冷卻爐壁的垂直窯,周圍材料在下沉過程中也可以向內(nèi)翻轉(zhuǎn),從而改善材料的煅燒條件,減少欠燒產(chǎn)品。
3)啞鈴垂直窯:為擴(kuò)大窯體積,常采用預(yù)熱帶和冷卻帶擴(kuò)大啞鈴截面。
4)矩形垂直窯:以重油和煤氣為燃料的垂直窯。由于火焰穿透深度的限制,窯體積不宜過大。因此,大容積重油的設(shè)計(jì).氣體和外火箱豎窯應(yīng)采用矩形截面,其體積范圍:白云石.鎂石.粘土及高鋁原料豎窯容積在50以上m?;石灰豎窯容積大于1000m?。
 
3.豎窯各帶的作用。
(1)豎窯原料需經(jīng)過三帶:預(yù)熱帶.煅燒帶.冷卻帶。
(2)預(yù)熱帶原料借助煙氣預(yù)熱;長期燃燒帶的原料通過燃料燃燒產(chǎn)生的熱量煅燒;在冷卻帶中煅燒的原料與膨脹的冷卻空氣進(jìn)行熱交換,原料冷卻,空氣加熱后進(jìn)入煅燒帶,以幫助燃燒,熱交換在預(yù)熱帶和冷卻帶上,熱得到更好的利用。因此,與其他類型的窯相比,垂直窯具有較高的熱效率。原料在窯中的停留時(shí)間具有重要意義。如果停留時(shí)間短,會影響煅燒質(zhì)量;停留時(shí)間過長會降低窯產(chǎn)量,增加熱耗,有時(shí)會影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此,原料在窯中的停留時(shí)間應(yīng)與窯內(nèi)的傳熱情況相匹配。如果鍛造溫度適當(dāng),增加流量速度,降低原料塊度,可加快傳熱速度,縮短原料窯的停留時(shí)間,提高窯產(chǎn)量。
4.喇叭型垂窯窯窯窯型4。
(1)設(shè)計(jì)原則:
1)窯體上口直徑等于或略小于窯體下口直徑,有效高度12m;
2)窯體直徑基本為兩端小.中間大;
3)根據(jù)窯體有效高度合理設(shè)計(jì)預(yù)熱帶.煅燒帶.冷卻帶各帶高度;
4)高度與直徑之比建議為3.8?4.(范圍不超過42(范圍不超過42(范圍不超過42).3)。由于高徑比小,原料預(yù)熱不足,窯頂廢氣溫度過高,熱能利用率低;高徑比大,原料在窯內(nèi)停留時(shí)間長,操作困難;
5)窯壁收縮率(窯壁向內(nèi)傾斜)應(yīng)掌握在5?6%之間,因?yàn)樘∽兂芍蓖残停髸r(shí)窯頂直徑太?。?/div>
6)窯尾收縮應(yīng)在中爐條以上1.2m高處開始向下收縮,因?yàn)檫^高不利于落料,過低的爐條承受壓力過大,容易損壞爐條,其收縮率為25?30%;
7)設(shè)計(jì)應(yīng)通過預(yù)熱有利于原材料.煅燒.冷卻三帶不紊亂,順序下沉。操作方便,三帶穩(wěn)定,無事故。之后達(dá)到高品質(zhì)、高產(chǎn)量、高產(chǎn)量。.低消耗的目的。
(2)12m豎窯各部分主要尺寸:
1)窯體有效高度12)m,中爐條上1.2m處直徑為2.8?3m。窯底直徑為2.5?2.6m,窯頂直徑為1.6?1.8m,窯壁向內(nèi)傾斜為5?6%。
2)窯壁厚度:由窯襯和隔熱層組成。窯襯用耐火磚砌筑時(shí)厚度為0.35m。窗襯與隔熱層厚度之和不小于1.1?1.2m。
3)出料口:高2.2m,寬1.8?2.0m。出料口前后窯壁厚度為1.2m。
4)進(jìn)料口:高1.6m,寬0.8m。如果爐頂口較大,則相對開啟兩個(gè)進(jìn)料口。
5)吸塵洞:與窯體縱向平行,一般在窯體后面。距窯內(nèi)壁22.8m左右。下口低于下面的大爐條;上出地面2;m。底圓直徑為0.6m,上口直徑為0.5?0.4m。
6)吸熱洞:位于工房頂部,直徑0.4?0.5m,上面超過地面2m。
7)爐帽:位于窯頂,有圓形和方形兩種。以方形為例:高2.2m,內(nèi)墻靠近窯壁的點(diǎn)為0.35m。外墻長.寬均為2.2m。其墻厚度為0.4m(或0.37m),兩對進(jìn)料口或一個(gè)進(jìn)料口和一個(gè)排煙口。
8)煙囪拐道:是連接煙囪和爐帽的設(shè)施,其長度取決于情況。要有一定的坡度,內(nèi)部尺寸高0.8m,寬0.7m。出口高度應(yīng)與煙囪下留下的口一致,距地面2.5?3m高。
9)煙囪:高度為窯體有效高度1.5?兩倍。外壁向內(nèi)傾斜3%。煙囪出口內(nèi)徑不小于0。.8-1m。
 
5、豎窯的高徑比
 
窯的內(nèi)徑是基于煅燒原料的性質(zhì).鍛燒溫度高低.煅燒操作的靈活性是由其他因素決定的。窯內(nèi)徑大,產(chǎn)量高。然而,內(nèi)徑過大,在整個(gè)窯體的橫截面上很難一致地透氣.煅燒均勻,窯內(nèi)煅燒不易掌握。一般來說,鍛造溫度是根據(jù)原料的性質(zhì)要求的.高徑比由各種因素決定,如產(chǎn)量要求和能耗。
所謂高直徑比是指窯體的有效高度與窯體內(nèi)徑之比。如果高直徑比過大,則意味著窯體過長,會增加空氣通過材料層的流體阻力;如果高直徑比太小,窯體太短,熱交換太晚。因此,不適當(dāng)?shù)母咧睆奖?,無論是太大還是太小,都會影響產(chǎn)品質(zhì)量.產(chǎn)量和燃料消耗。
目前,河南省明礬土立窯的高徑比一般為3.8?4.2,不能超過4.3.對于煅燒耐火原料,高徑比可達(dá)上限4.2、對于煅燒研磨級原料,高徑比可取下限3.8。
 
6.垂直窯內(nèi)物料的運(yùn)動模式
(1)在垂直窯中,材料和氣流向相反方向移動。材料在垂直窯中移動有兩個(gè)原因:一是煅燒過程中材料收縮引起的上部材料(預(yù)熱帶和鍛造燃燒帶);二是下部材料的卸載導(dǎo)致整個(gè)窯材料的運(yùn)動。因此,預(yù)熱帶上層的材料包括所有收縮運(yùn)動和排放運(yùn)動(而冷卻帶幾乎只有排放運(yùn)動)?;旌细G應(yīng)包括燃料燃燒引起的收縮運(yùn)動。
(2)垂直窯內(nèi)的空氣從窯底膨脹或吸入,煙氣通過煙囪從上部排出。氣體通過散料層時(shí),阻力損失很大,每米散料層阻力可達(dá)800?1000Pa。因此,研究垂直窯的氣體運(yùn)動,以確保煅燒帶燃料燃燒所需的空氣供應(yīng).合理分布窯面氣體.減少氣體流動過程中的阻力損失.保證垂窯產(chǎn)量.質(zhì)量等方面都是有意義的。
1)垂直窯生產(chǎn)與鼓風(fēng)條件之間的關(guān)系:當(dāng)垂直窯段固定時(shí),如果氣流增加,氣流速度加快;隨著空氣量的增加,燃料燃燒速度加快;同時(shí),氣流和材料之間的對流熱交換增加,從而加材料預(yù)熱.窯爐在煅燒和冷卻過程中的產(chǎn)量.可以提高煅燒材料的質(zhì)量。垂直窯一般采用高壓離心鼓風(fēng)機(jī)或羅茨鼓風(fēng)機(jī)。為了降低功耗,在實(shí)際操作中應(yīng)確定更經(jīng)濟(jì)合理的氣流速度。
2)垂直窯段上的氣流分布:由于窯內(nèi)材料的積累方式不同,在氣體流動過程中會明顯影響阻力損失。在窯壁附近,材料堆積與窯壁之間的孔隙率大于材料之間的孔隙率。此外,材料收縮導(dǎo)致環(huán)形間隙,使氣流更容易通過周圍,即在窯的同一部分,周圍氣流的分布大于中心。由于氣流分布不均勻,窯同一部分的材料煅燒不均勻,這種現(xiàn)象被稱為窯壁效應(yīng)。由于截面上的氣流分布不均勻,影響垂直窯內(nèi)鍛造帶材料的位置和形狀。
例如,對于固體燃料的混合材料,由于氣流容易通過周圍區(qū)域,周圍燃料點(diǎn)燃較早,燃燒速度較快;由于流體阻力大,中心氣流不易通過,需要較晚點(diǎn)燃,燃燒過程也較慢,從而形成“碗狀”煅燒帶。隨著鼓風(fēng)壓力的增加,空氣供應(yīng)充足,整個(gè)煅燒帶會向上移動,相應(yīng)縮短;但是,它周圍的火還是比中心快,所以還是“碗狀”。如果窯內(nèi)阻力大,鼓風(fēng)壓力低,空氣供應(yīng)不足,煅燒帶向下移動,拉長。這不僅降低了煅燒溫度,而且縮短了冷卻帶,影響了材料的煅燒和冷卻。
為了克服上述現(xiàn)象,應(yīng)增加周圍流體的阻力,平衡窯段的通風(fēng)。因此,有必要進(jìn)行合理的布料,即將碎料分布在周圍,以增加阻力,并減少周圍的燃料量以降低溫度。
為了保證窯內(nèi)氣體的正常流動,保持鍛造燃燒帶所需的空氣量,可采用三種不同的通風(fēng)方式:一種是壓入通風(fēng),即風(fēng)機(jī)從窯底鼓入空氣,在窯內(nèi)形成正壓;第二種是從窯頂抽出通風(fēng),在窯內(nèi)形成負(fù)壓;第三種是平衡通風(fēng),即從窯底抽風(fēng),從窯頂抽風(fēng),在窯內(nèi)形成既有正壓區(qū)又有負(fù)壓區(qū),在窯內(nèi)一定高度形成零壓面壓力系統(tǒng)。一般來說,機(jī)械化垂直窯采用通風(fēng)形式,而自然通風(fēng)垂直窯是第二種方式。
 
7.在垂直窯中燃燒固體燃料的方法
在垂直窯中,除原料燒結(jié)外,燃料燃燒釋放的熱量是窯襯里散熱,煙氣帶走熱量,導(dǎo)致垂直窯熱效率低(約50%)。
垂直窯中的燃料是固體.液體.氣體三者均可。天然氣。.重油常用于高煅燒溫度的白云石或鎂砂立窯;爐煤氣可用于低煅燒溫度的石灰或粘土立窯。但目前,固體燃料(煤和焦炭)被廣泛使用。
(1)垂直窯內(nèi)固體燃料的燃燒方法分為窯內(nèi)燃燒和窯外燃燒室燃燒兩種。前者可分為燃料和原材料分層裝載和混合裝載。
(2)外火箱燃燒方式:主要適用于低溫粘土垂直窯。其優(yōu)點(diǎn)是煤中的灰分不會污染原料,熟料的純度較高,特別是對于灰分較多的煤。當(dāng)燃料添加到垂直窯中燃燒時(shí),它會同時(shí)將熱量傳遞給原材料,從而快速傳遞熱量.產(chǎn)量高.煤耗低.設(shè)備也比較簡單。但是這種燃燒方式對燃料有一定的要求:
1)煤灰含量應(yīng)小于20%?;曳诌^高,一方面降低了熱值.污染原料.影響熟料的純度;同時(shí),很容易造成窯.結(jié)瘤現(xiàn)象。對鎂砂.白云石質(zhì)熟料要求燃料灰分低于13%。
2)煤的粒度控制非常重要,影響燃料燃燒速度和燃燒帶的厚度。為了確保原材料在鍛造和燃燒過程中有足夠的時(shí)間,煤的粒度應(yīng)與原材料的粒度(塊)成一定的比例。煤粒太小,燃燒時(shí)高溫帶過于集中,高溫帶較短,高溫帶原材料的鍛造和燃燒時(shí)間較短,原材料的物理和化學(xué)變化太晚,影響熟料的質(zhì)量。同時(shí),煅燒帶縮短,預(yù)熱帶相對增長,煅燒帶產(chǎn)生CO預(yù)熱帶時(shí)還原為CO比例增加,導(dǎo)致熱耗增加。如果煤粒過大,燃燒速度會減慢,煅燒帶拉長,火力不集中,冷卻帶會相應(yīng)縮短,導(dǎo)致煅燒和冷卻原料質(zhì)量差。
入窯燃料粒度要求:對于白云石.鎂砂垂直窯,易燒結(jié)原料,燃料粒度25?40mm;難燒結(jié)原料,燃料粒度40?70mm或25?40mm。石灰垂直窯: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)為了防止熱損失過大,燃料的揮發(fā)分應(yīng)小于7%。
燃料在外部燃燒室內(nèi)燃燒,燃燒產(chǎn)生的煙氣通過窯壁火孔進(jìn)入窯內(nèi)。這種窯爐可以使用揮發(fā)性含量高的燃料。燃料灰分對原料的粘性也比混合垂直窯輕,因此這種垂直窯采用了廣泛的燃料類型,也可以使用劣質(zhì)煤。然而,由于燃燒室中的一些熱量損失,其燃料消耗量高于混合垂直窯。此外,原料煅燒不夠均勻,窯的中心部分容易出現(xiàn)原料現(xiàn)象。為了克服這一現(xiàn)象,外部燃燒室的垂直窯一般形成一個(gè)矩形截面,根據(jù)煙氣的滲透深度確定矩形截面的寬度,以確保沿截面的均勻煅燒。

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