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承上启下的关键——预热带 砖瓦行业发展隧道窑的意义

预热虽然是为烧成做准备的阶段,是为烧成服务的,但预热是烧成过程必须有的步骤。通过预热缓慢地将坯体温度升至烧成所需要的温度,只所以要缓慢升温,是避免升温过急时坯体产生裂纹,不让坯体还没有进入烧成阶段就已经变成废品了。

预热过程是坯体和气体相互作用的结果,预热带的变化集中在两方面,一方面是进入预热带的坯体随时间的变化,即随着它在窑内所处位置的不同自身所发生的变化,另一方面就是窑内热气体随时间变化所发生的变化。


1.预热带的作用

窑预热带有脱水干燥和加热坯体二个作用。整个预热带可以分为二个阶段,首先是经过低温阶段,即从常温到120℃,在此期间内,坯体内的残余水分蒸发。其次,窑内的废烟气继续加热坯体,提高砖坯温度直到燃料的燃点(煤炭的燃点为600℃左右)以上,为燃料燃烧创造条件。

坯体入窑时,都带有一定的残余水分(一般情况下为5~6%),坯体内残余水分的多少,决定预热时间的长短。假如入窑坯体重2.5公斤,入窑时残余含水率为6%(干基),那么每块坯体就要排出0.15公斤的水,需要在预热阶段蒸发出去。蒸发一公斤水约需要5016千焦的热量,所以,要蒸发这么多的水就需要足够的时间和752.4千焦的热量。入窑坯体的残余水分越高,则所需的干燥时间也越长,烧成的进度也越慢。


2. 烧成时预热带的变化

预热过程是坯体和气体相互作用的结果,预热带的变化集中在两方面,一方面是进入预热带的坯体随时间的变化,即随着它在窑内所处位置的不同自身所发生的变化,另一方面就是窑内热气体随时间变化所发生的变化。


已经干燥的坯体进入窑预热带后,首先与温度高于自己的窑内高温气体接触,由于两者之间存在一定的温度差,也就是说两者之间存在温度梯度,在温度梯度的作用下,两者进行交换,力求使温度相同,热量达到平衡,气体将部分热量传递给坯体,使坯体温度升高。坯体与气体之间的对流换热的方式传递热量。获得热量的坯体,表面温度先升高,然后以传导传热的方式使内部的温度也升高。随着热交换过程的进行,坯体的许多技术指标都发生了变化。


坯体在预热带预热时,首先排出了其中的干燥残余水分,其次排出了矿物内部的化学结合水,同时,矿物中的低燃点有机可燃物在预热带也被依次燃烧掉,部分具有挥发性质的物质,也会随着坯体被加热而从不坯体中挥发出去,经过这一系列的变化后,坯体的重量要比刚入窑时的重量轻一些,这一阶段坯体的重量是由重到轻的阶段,即在窑的预热带,坯体的重量是逐步减小的。


干燥后的干坯在入窑的时候,其中仍然含有小于6%的干燥残余水分,在预热带就会将这部分残余水分全部排出坯体,为烧成做准备。同时,在生产砖瓦产品的原料中,矿物内部还会有一部分与矿物组成相关的水分,或是矿物内部的一个氧原子和二个氢原子的比例存在的隐性水分,也叫做化学结合水。这部分水分在坯体在预热带被加热到400℃的时候也逐渐被排出。直至全部水分都已经被排出坯体后,才能进入烧成带烧成。所以,坯体含水率在预热带是逐步降低的,直到坯体含水率为零。


只所以要排出坯体中的水分,是因为对烧成制品来说,水分是不良成分,且水的沸点较低(100℃),水化后体积膨胀较大(22.4倍),容易使被烧制品在没有被烧结的情况下就产生裂纹或使制品炸裂。


坯体在预热时不仅有物理变化,同时伴随着一定的化学变化。首先是原料中所含的有机可燃物在较低温度下燃烧,即其与氧气结合产生剧烈的氧化反应。其次是坯体中各种矿物自身的变化及矿物之间的化学反应,或是矿化学反应。


坯体中最主要、也是含量最高的成分石英在预热带就有较大的变化,随着坯体在预热带被不断加热,石英的晶型按下列形式进行转化。在被加热到117℃时,石英由γ-鳞石英状态转变为β-鳞石英状态,并且有0.2%的体积膨胀,而且这一过程是可逆的。即为:

γ-鳞石英 →β-鳞石英+0.2%。

随着温度继续上升,当坯体温度达到163℃时,其内部石英的变化又会进行,其中β-鳞石英就转变成α-鳞石英,并伴有0.2%的体积变化,这一过程也是可逆的。即:β-鳞石英 α-鳞石英+0.2%。


当窑预热带温度达到180~270℃这一范围时,石英组分中的β-方石英要转变成α-方石英,再伴随有2.8%的体积变化,这一变化也是可以可逆进行的,结果如下:β-方石英 α-方石英+2.8%。


在预热带573℃的地方,β-石英要转变成α-石英,体积变化,0.82%,即为:β-石英 α-石英+0.82%。


在坯体被预热的时候,不但石英组分本身有上述变化,而且其它组分之间也发生着剧烈的化学变化。


在预热带温度为450~550℃之间,CaO和Fe2O3发生反应,生成铁酸钙,随着温度进一步提高,铁酸钙转变成铁酸二钙,即:

CaO+Fe2O3→CaFe2O4

CaOFe2O4→Ca2Fe2O5

在坯体温度达到600℃时,坯体中的MgO和Fe2O3发生固相反应,生成镁铁矿物。即:MgO+Fe2O3→MgFe2O4


同时,一些低熔点的矿物会在预热带高温段熔融,使坯体中出现液相。


3.预热带的长度

预热坯体的热源,来自窑烧成带流向排烟口的高温废烟气,烟气在预热带坯垛中流动时,不断与坯体进行湿热交换,把热量传给坯体,带走坯体蒸发的水分,最后变成温度低、湿度大的气体由排烟口排出。所以,预热带愈长,烟气与坯体热交换的机会增多,烟热得到了充分利用,既能降低烧成燃耗,又能增加坯体预热时间,使预热充分,提高坯体的预热质量。


预热带长度一般为25米~30米。

如果预热带过短,低于25米甚至更短时,坯体与高温烟气相遇后,表面急剧升温,水分蒸发很快,内部传热迟缓,水分扩散很慢,结果在坯体内部产生很大的内应力,从而使坯体产生裂纹。而且高温烟气在窑内的流程短,热能未经充分利用就从排烟口排出窑外,加大了窑炉烧成的燃料消耗。

如果预热带过长,超过30米甚至更长时,烟气在窑内的流程延长,与坯体湿、热交换过多,最后在预热带前端形成温度较低、湿度很大的潮湿气体,这种气体与低温并且是过干的坯体相遇,容易发生“凝露”、“回潮”现象,破坏制品质量。同时,预热带过长时,前面排风口排出的烟气温度低,不但不能增加窑内抽力,反而要减慢窑烧成的火行速度。


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点击次数:  更新时间:2018-05-31 15:48:22  【打印此页】  【关闭