隧道窑操作调控：温度、气氛与压力的调节

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：隧道窑的操作调控包括温度制度、气氛制度、压力制度的调控。对于烧还原焰的隧道窑来说，制品由氧化转还原的气氛转换温度是一个十分重要的温度，一般在1050℃左右。预热带的温度调控，旧式隧道窑只能通过调节排烟支闸的方法调控烧成温度曲线，属负调节。对于烧气体、液体燃料的隧道窑来说，只要控制燃气或燃油与助燃空气的配比即可。

隧道窑的操作调控包括温度制度、气氛制度、压力制度的调控。这三者的调控是统一的，是不可分割的。为了叙述的方便，分述如下。

（一）温度的调控

温度制度的调控，原则上应按烧成温度曲线的规定，保证一定的升温或降温速率。制定烧成温度曲线时，要考虑原料的组成，制品的入窑水分、形状、大小、厚薄，窑炉的结构特点等因素。调控时也必须考虑这些因素。

1.预热带、烧成带温度的调控

为了保证制品按烧成温度曲线升温、保温，一般应借助窑头、预热带中部、末端以及气氛转换区、最高烧成温度处等关键温度点所安装的热电偶来检测窑内温度。如果制品入窑水分高，窑头温度不可过高，否则易产生炸裂。若能保证制品入窑水分较低，窑头温度就可高些。当入窑水分低于0.5%时，窑头温度高达300℃～400℃也不会出废品。预热带中部500℃～600℃是石英晶型转化温度，也是预热带上下温差最大的区域，维持温度的稳定、均匀有重要意义。不但要检测窑顶热电偶所指示的温度，有条件时，还应检测近窑车台面处的温度，以掌握上下温差的大小。预热带末端近烧成带边缘，此处应缩小料垛中的温差，为制品进入焙烧做准备。对于烧还原焰的隧道窑来说，制品由氧化转还原的气氛转换温度是一个十分重要的温度，一般在1050℃左右。气氛转换温度过高、过低，位置过前、过后，都会影响制品的氧化或还原的不足，造成制品起泡、泛黄、烟熏等缺陷。最高烧成温度关系到制品是否生烧或过烧，不可过高或过低。考虑到传热要有温度差做推动力，火焰温度应高于制品烧成温度50℃～100℃。为保证整个横截面上的制品都达到烧成工艺要求，一般应有一个高火保温区。高火保温区的位置和范围应适当，过前、过长易使制品过烧，过后、过短则易生烧。

预热带、烧成带温度调控的手段，旧式隧道窑预热带设有排烟总闸，排烟支闸，通过调节闸板开度来调节预热带窑温；现代隧道窑一般采取窑头集中排烟，排烟总闸和支闸的作用相对变小了，它是通过设在预热带下方烧嘴与上方降温喷嘴来调节该区段的温度。在烧成带设有烧嘴及燃烧室的区段，通过调节进入窑内的烟气量和烟气温度来调节窑温。

预热带的温度调控，旧式隧道窑只能通过调节排烟支闸的方法调控烧成温度曲线，属负调节。现代隧道窑则靠调节烧嘴喷入火焰及降温喷嘴来调控烧成温度曲线，属正调节。负调节方式的优点是能有效降温，若制品入窑水分过高，对升温过快比较敏感，往往需要降低窑头温度，则可采用增大后部排烟支闸的开度的方法来实现，但这种方式由于过早排走一部分烟气，导致热利用率降低。而且这种调节方式使得预热带前段烟气流量减少，流速减小，削弱了气流的搅动作用，使上下温差增大。正调节方式的优点则是可以有效升温，同时有效加热下部。若上部温度高，则可开启降温喷嘴，有效降温，同时降温喷嘴高速喷出的气流，有利于预热带气流循环，减小温差。但采用正调节方式，也要消耗燃料，所以，有的隧道窑预热带设备只是备用。在烧成带使用高速烧嘴，搅动气流，造成强烈的气流循环，促使预热带截面温度均匀，则是最有效的调控方法。有的现代隧道窑在预热带前段设置一定数量的排烟孔，在小范围内分散布置，这样兼有两种调节方式的优点。

烧成带温度的调控靠正调节方法。液体燃料和气体燃料燃烧稳定，窑内温度比较稳定。现代隧道窑采用功率小，数量多的高速喷嘴，采取分组自动控制方式，每一组段设有独立的燃料和助燃空气供应管路，自动控制的调节器设于本组段的总管路中，有的窑预热带不设自动调节器，也需要手动调节。

2.冷却带温度的调控

冷却带温度的调控必须遵循高温急冷、中温缓冷、低温快冷的原则，充分利用冷却结构和设备，保持窑内温度均匀。应根据不同的产品、不同的装车方法，采取相应措施。例如，直接冷却时，对于小件薄壁产品，可直接鼓入车间冷空气；对于大件厚壁产品，为防止冷却不均匀或冷却过程热应力过大而开裂，可采用鼓入大流量的热风的方法，使冷却均匀而温和。有的隧道窑采用部分热风循环，也是这种均匀而温和的冷却方式的体现，而且增加了调控冷却用热风温度这一调节冷却曲线的手段。直接冷却还应注意抽、鼓风量的平衡。有的隧道窑在急冷段设有自动调节系统，也有的隧道窑为了保证产品出窑温度稳定，在低温段也采用温度自动控制。

（二）烧成带气氛的调控

烧氧化气氛的隧道窑，气氛单一，较易控制，只要控制空气系数大于1。为节约燃料，提高燃烧温度，在保证燃烧完全的前提下，空气系数应尽量接近1。

烧还原气氛的隧道窑，烧成带前小段控制氧化气氛，后大段控制还原气氛。在还原段，要求前面是强还原气氛，到高火保温阶段保持中性气氛。所以前面的还原炉产生的还原气氛要浓，成瓷区由于中性气氛难控制，而控制接近中性的弱还原气氛。(www.chuimin.cn)

气氛调控是通过调控烧成带的空气系数α，即燃料与助燃空气量的配比来实现的。对于烧气体、液体燃料的隧道窑来说，只要控制燃气或燃油与助燃空气的配比即可。烧还原焰的烧嘴，要使还原气氛由浓转淡，可采取减少燃气（燃油）或增大助燃空气量的方法。为节约燃料，应优先考虑采用前者。反之，要使还原气氛由淡转浓，则可采用增加燃气（燃油）或减少空气的方法，此时应优先考虑采取后者。窑内火焰的性质，可以用肉眼来判断。氧化气氛时，火焰清晰透明，可以清楚地看到窑内料垛。还原气氛时，火焰混浊不清，看不清窑内料垛。弱还原气氛时，火焰介于氧化气氛与还原气氛之间，可隐约看到窑内1～2柱料垛。

为保证还原气氛顺利转换成氧化气氛，对于设有气氛气幕的隧道窑而言，正确使用气氛气幕也很重要，其风量、风压、风温均要适当。

还原气氛的强弱。在实际生产中常以燃烧产物中CO的浓度来衡量。强、弱还原气氛划分的标准，各地不一。一般认为，CO的浓度3%～6%为强还原气氛，1.5%～2.5%为弱还原气氛。实际控制中，在有利于制品还原反应的前提下，还原气氛尽量不要太浓。因为还原气氛越浓，燃料消耗越多。在成瓷阶段，如还原气氛过浓，还易引起产品熏烟。

气氛的调控和温度的调控密切相关。气氛转换温度过高、过低都会引起制品缺陷。另一方面，气氛和温度的变化是相互制约的。例如，在空气系数较大的氧化气氛下，如果维持燃料不变而少许减少空气量，则火焰温度提高。到减少至空气系数接近1时，温度最高。继续减少空气量，则进入不完全燃烧状态，温度降低，形成还原气氛。而在空气系数较小的还原气氛下，如果维持燃料不变而少许增加空气量，则火焰温度升高，至空气有剩余时，温度又降低，并转变成氧化气氛。所以，调节气氛时要考虑温度的变化。

（三）各带压力的调控

压力制度是实现温度和气氛制度的基本保证。压力制度应根据燃料种类、通风方式、窑炉结构、烧成气氛和装车方法等因素来制定。凡能影响窑内气体流动的因素，如排烟总闸与支闸的开度、各种气幕及风机的风量、风速等，都可作为压力制度的调控手段。

要搞好全窑压力制度的调控，首先必须稳定窑内的零压位，尤其是预热带、烧成带范围内的零压位。零压位稳定了，全窑的压力制度也就稳定了；零压位一移动，全窑的压力制度也就破坏了。例如，零压位前移，易造成烧成带正压过大；后移，则易使预热带负压过大。燃气和燃油隧道窑零压位一般在最后一对排烟孔和第一对烧嘴之间。

为避免气体漏入、逸出窑道而干扰窑内温度制度、气氛制度，应尽量维持窑内近零压操作，即使窑内负压和正压不过大，接近零压。生产实践证明，负压大的窑，就是操作不好的窑。窑内正压过大，大量热气体逸出，损失热量，恶化劳动条件，蹿入车内还容易烤焦轴承润滑油，使窑车推不动，甚至烧坏窑车铁件和轨道。但是，窑内必须保证一定的压差，以控制合理的烟气流速。在产量不变的情况下，若烧成带正压小，则预热带负压就要大，反之亦然。

为防止冷却带和烧成带之间相互干扰，要保持冷却带首端和烧成带末端压力平衡，使烧成带的烟气不倒流至冷却带，冷却带的空气不流入或不过多流入烧成带。如果冷风喷嘴或急冷气幕处正压过大，超过烧成带最末一对燃烧室的压力，说明鼓入的急冷风过多而未抽走，大量温度不高的空气进入烧成带，可能引起保温不足、产品生烧或还原气氛不足、二次泛黄。反之，如果冷风喷嘴或急冷气幕处压力低于烧成带最末一对燃烧室的压力，说明抽出热风过多或鼓入冷风太少，则烧成带有烟气倒流入冷却带，使制品烟熏。

在需要对窑内压力进行调节时，应对全窑温度、气氛、压力情况进行分析，找出最佳方案。千万不可“头疼医头，脚疼医脚”，否则会越调越乱。例如，发现零压位后移，要使其复位可采用减小抽力、改变气氛气幕风量、增大急冷风量、减少热空气抽出量等方法。但这些方法并不是每一种都能满足烧成制度要求的，应根据窑炉的实际情况灵活掌握。

除了控制好窑道内的压力制度外，有的窑还控制窑车上下压力平衡，即在窑车下部维持与窑道内相接近的压力制度，防止气体从窑车下部漏进、漏出窑道。实际控制时，达到车上、车下压力完全平衡很困难。在控制有困难时，预热带、烧成带车下压力可偏低于窑内压力，避免冷空气从车下漏入窑内，增大窑内上下温差。冷却带车下压力，可偏高于窑内压力，避免热空气漏入窑车下部，影响窑车运行。

隧道窑操作调控：温度、气氛与压力的调节

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